Saintis mencetak 3D penderia plasma berketepatan tinggi untuk satelit

Menurut laporan, Institut Teknologi Massachusetts di Amerika Syarikat baru-baru ini telah membangunkan penderia plasma ketepatan cetakan 3D. Peranti ini kos rendah dan mudah dihasilkan ini boleh membantu saintis meramalkan cuaca atau mengkaji perubahan iklim. Penderia plasma, juga dikenali sebagai "Retarded Potential Analyzers (RPAs)," digunakan oleh kapal angkasa yang mengorbit seperti Sputnik untuk menentukan komposisi kimia atmosfera dan pengagihan tenaga ion.

Penderia plasma semikonduktor yang dihasilkan oleh pencetakan 3D dan proses pemotongan laser Memandangkan proses ini memerlukan persekitaran bebas habuk, penderia plasma semikonduktor adalah mahal dan memerlukan beberapa minggu untuk diselesaikan proses pembuatan. Sebagai perbandingan, penderia plasma terbaru MIT hanya mengambil masa beberapa hari untuk dibuat dan menelan belanja berpuluh-puluh dolar.

Disebabkan kos dan kelajuan pengeluaran yang lebih rendah, sensor baharu ini merupakan pilihan ideal untuk CubeSats, yang kos rendah, kuasa rendah dan ringan serta sering digunakan untuk komunikasi dan pemantauan alam sekitar di bahagian atas Bumi. suasana.

Pasukan penyelidik membangunkan penderia plasma jenis baharu menggunakan bahan seramik kaca yang lebih elastik daripada bahan penderia tradisional seperti salutan silikon dan filem nipis Dengan menggunakan seramik kaca dalam proses pencetakan 3D plastik, bentuk kompleks boleh menjadi penderia yang boleh menahan turun naik suhu yang besar yang mungkin dihadapi oleh kapal angkasa di orbit Bumi rendah.

Luis Fernando Velasquez-Garcia, pengarang kanan kajian dan ketua saintis di Makmal Teknologi Microsystems (MTL) MIT, berkata: “Pembuatan tambahan Ini akan memberi kesan besar pada perkakasan angkasa masa hadapan Mencetak 3D beberapa objek, ia mesti diterima bahawa prestasinya lebih rendah, tetapi kami kini telah menunjukkan bahawa ini tidak selalu berlaku.

Penderia berbilang fungsi

Penderia plasma pertama kali digunakan dalam misi angkasa lepas pada tahun 1959. Ia boleh mengesan tenaga ion atau zarah bercas yang terapung dalam plasma, yang wujud di Bumi molekul di atmosfera atas. Pada kapal angkasa yang mengorbit seperti CubeSats, penderia plasma boleh mengukur perubahan tenaga dan menjalankan analisis kimia, membantu saintis meramal cuaca atau memantau perubahan iklim.

Penderia mengandungi satu siri grid bercas yang dipenuhi dengan lubang kecil Apabila plasma melalui lubang kecil, elektron dan zarah lain akan dilucutkan sehingga hanya ion yang tinggal apabila ion ini menghasilkan arus elektrik sensor akan Mengukur dan menganalisisnya.

Kunci kepada aplikasi penderia plasmonik yang berjaya ialah grid sejajar dengan struktur seperti lubang, yang mestilah penebat elektrik dan mampu menahan turun naik suhu yang teruk Para penyelidik menggunakan bahan seramik kaca boleh cetak 3D— —Vitrolite, yang memenuhi ciri-ciri di atas. Dilaporkan bahawa bahan Vitrolite pertama kali muncul pada awal abad ke-20 dan sering digunakan dalam reka bentuk jubin seramik berwarna-warni, menjadi bahan yang paling biasa dalam seni bina Art Deco.

Bahan Vitrolite yang tahan lama boleh menahan suhu sehingga 800 darjah Celsius tanpa reput, manakala bahan polimer dalam penderia plasma berstruktur litar bersepadu mula cair pada 400 darjah Celsius. "Apabila pekerja membina penderia ini di dalam bilik bersih, mereka tidak akan mempunyai kebebasan yang sama untuk menentukan bahan dan struktur serta cara mereka berinteraksi," kata Garcia, "tetapi itu boleh membawa kepada perkembangan terkini dalam pembuatan bahan tambahan."

Fahami semula proses pencetakan 3D penderia plasma

Proses pencetakan 3D bahan seramik biasanya melibatkan pengeboman laser serbuk seramik untuk menggabungkannya ke dalam pelbagai struktur bentuk pelepasan Dengan haba yang tinggi, proses pembuatan ini cenderung untuk mengasarkan bahan dan menghasilkan cela.

Walau bagaimanapun, saintis MIT menggunakan pempolimeran reduktif dalam proses pembuatan, proses yang diperkenalkan beberapa dekad yang lalu yang menggunakan polimer atau resin untuk pembuatan bahan tambahan Dalam teknologi pempolimeran pengurangan, bahan tersebut berulang kali direndam dalam tangki pengurangan yang mengandungi cecair Vitrolite. bahan. Setelah direndam, lapisan struktur tiga dimensi akan terbentuk Selepas setiap lapisan struktur terbentuk, bahan itu diawetkan dengan cahaya ultraungu Setiap lapisan struktur hanya setebal 100 mikron rambut), dan akhirnya berulang kali direndam dalam bahan cecair Vitrolite, struktur seramik yang licin, tidak berliang, kompleks akan terbentuk.

Dalam proses pembuatan digital, objek pembuatan yang diterangkan dalam dokumen reka bentuk mungkin sangat kompleks Reka bentuk berketepatan tinggi ini memerlukan penyelidik menggunakan mesh potong laser dengan struktur unik, yang dipasang pada sensor plasma. perumah selepas cetakan selesai Struktur seperti lubang kecil boleh disusun dengan sempurna untuk membolehkan lebih banyak ion melaluinya, dengan itu memperoleh data ukuran ketepatan yang lebih tinggi.

Disebabkan kos pengeluaran sensor yang rendah dan kelajuan pengeluaran yang pantas, pasukan penyelidik menghasilkan 4 prototaip reka bentuk yang unik. Satu prototaip reka bentuk amat berkesan untuk menangkap dan mengukur plasma berskala besar, terutamanya untuk plasma tinjauan orbit satelit, dan prototaip reka bentuk yang lain sangat sesuai untuk mengukur ketumpatan yang sangat tinggi, plasma suhu yang sangat rendah, yang biasanya hanya boleh dilakukan dalam Pengukuran peranti semikonduktor ultra ketepatan.

Reka bentuk ketepatan tinggi ini boleh membolehkan penderia cetakan 3D digunakan dalam penyelidikan tenaga gabungan atau penerbangan supersonik, dan Garcia menambah bahawa proses pencetakan 3D yang pantas ini malah boleh membawa kepada lebih banyak inovasi dalam reka bentuk satelit dan kapal angkasa.

Garcia berkata: "Jika anda ingin terus berinovasi, anda perlu menghadapi kegagalan dan mengambil risiko yang sepadan. Pembuatan aditif adalah satu lagi cara untuk membuat peralatan angkasa. Kami boleh membuat peranti angkasa, walaupun proses Ia tidak kira jika ia gagal, kerana kami masih boleh membuat versi baharu dengan cepat dan murah serta mengulangi reka bentuk, yang merupakan kesan kotak pasir yang sangat ideal untuk penyelidik.”

Dilaporkan bahawa walaupun Garcia sangat berpuas hati dengan reka bentuk terkini penderia plasma, beliau berharap untuk terus menambah baik proses pembuatan pada masa akan datang, mengurangkan ketebalan lapisan atau saiz piksel semasa proses pempolimeran silinder kaca, dengan itu mencipta peranti kompleks yang lebih tepat. Di samping itu, proses pembuatan aditif sepenuhnya boleh menjadikan mereka serasi secara berterusan dengan pembuatan ruang Dia juga berharap untuk meneroka penggunaan kecerdasan buatan untuk terus mengoptimumkan reka bentuk sensor untuk menyesuaikan diri dengan senario aplikasi tertentu, seperti: mengurangkan berat sensor dengan ketara sambil memastikan kestabilan struktur. .

Atas ialah kandungan terperinci Saintis mencetak 3D penderia plasma berketepatan tinggi untuk satelit. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!