«Умные» мосты и другие объекты с металлоконструкциями можно будет оснащать датчиками, подзаряжаемыми от термоэлектрогенераторов, которые берут энергию от самого сооружения. Это позволит эффективнее решать вопрос контроля прочности.
Решение проблемы выживания в расплавленном металле термопар, из которых состоит термоэлектрический микрогенератор, нетривиально. Использованные немецкими разработчиками из Бременского университета термопары произведены из платины и кремния, между которыми находится диффузионный барьер из сплава вольфрама и титана.
Термопары помещают на монокристаллическую кремниевую подложку, потом устройство на подложке переносится на боросиликатное стекло. После этого подложка выдёргивается из-под термопары. В металлическом расплаве стекло нагревается, однако не течёт — а значит, оболочка из мягкого при столь высокой температуре стекла защищает устройство от термического повреждения.
Уже сейчас его можно вплавлять в алюминий, магний, медь и бронзу.
Помимо боросиликатного стекла, термопара изолируется от металла слоем оксида алюминия в 60 нм, поверх которого нанесено 40 мкм смеси частиц стекла и органического связующего. Органика при попадании в расплав испаряется, а частицы стекла спекаются. Двухслойная изоляция не даёт току из термопары рассеиваться в металле, при этом не мешая разности температур, от которой термоэлектрогенератор и работает.
По словам разработчиков, сейчас они планируют уменьшить размер термопар и подсоединяемых к ним сенсоров, с тем чтобы их наличие в металле не привело к снижению прочности металлоконструкций. В качестве перспективных практических приложений датчиков с такого рода генераторами исследователи называют стенки ядерных ректоров, их охлаждающих контуров, мосты и иные важные инфраструктурные конструкции с высокими нагрузками. Питаемые микрогенераторами сенсоры могут следить за утечкой радиоактивных материалов в охлаждающий контур, геомагнитными токами, которые угрожают трубопроводам, и пр.
Технологии инкапсуляции небольших легкосплавных элементов в сталь хорошо известны. С их помощью такие устройства можно было бы использовать и для мониторинга стальных конструкций.
Отчёт о проделанной работе будет представлен в февральском номере журнала IEEE Electron Device Letters.
Подготовлено по материалам IEEE Spectrum.
Просмотров 
