La medición ultra amplia para fluidos viscosos viene

Centro de publicaciones ligeras, Instituto de Óptica, Mecánica Fina y Física de Changchun, CAS

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Crédito: por Yumeng Luo, Gaofei Lu, Qi Wang, Zhiqin Chu y Kwai Hei Li

Los viscosímetros tradicionales se basan en el flujo capilar y las bolas que caen son medios simples y eficaces para medir la viscosidad del fluido en un amplio rango. Sin embargo, su bajo rendimiento de medición y la falta de capacidades de monitoreo en tiempo real limitan su alcance de aplicación. Por ejemplo, los instrumentos capilares requieren horas para evaluar el flujo de fluidos de alta viscosidad. Los viscosímetros rotacionales se basan en medir el par requerido para hacer girar un husillo en los fluidos de muestra. Pueden responder a una amplia gama de viscosidades, pero adolecen de los inconvenientes de ser voluminosos, caros y requerir grandes volúmenes de fluido.

Se han propuesto enfoques avanzados, como los enfoques de microfluidos basados ​​en gotas con microcanales, resonadores de microcanales suspendidos, voladizos vibratorios y resonadores piezoeléctricos, para aumentar la sensibilidad a la viscosidad del fluido en rangos de viscosidad específicos. Sin embargo, el desarrollo de viscosímetros en miniatura y de bajo costo capaces de realizar mediciones en tiempo real en un amplio rango sigue siendo un desafío.

En un nuevo artículo publicado en Light: Advanced Manufacturing, un equipo de científicos dirigido por el profesor Kwai Hei Li de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur ha desarrollado un diseño de viscosímetro único que integra un dispositivo óptico de GaN a escala de chip con una tira flexible.

Entre los métodos posibles, la viscometría basada en tecnología de fibra óptica ha recibido cada vez más atención. Esto se debe a las ventajas de un cabezal sensor con una estructura compacta, respuesta rápida e inmunidad a las interferencias electromagnéticas. Se ha demostrado el uso de sondas de fibra óptica con estructuras modificadas, como tubos capilares huecos, sondas fluorescentes sensibles a la viscosidad y rejillas de fibra de período largo. Su implementación depende en gran medida del ensamblaje de unidades externas de detección y emisión de luz y de los elementos ópticos utilizados para el acoplamiento de luz.

Aunque las mediciones sin contacto basadas en pinzas ópticas y sondas interferométricas hacen posibles mediciones precisas de la viscosidad con un bajo consumo de muestra, a menudo implican configuraciones microscópicas complejas y costosas. El semiconductor GaN y sus aleaciones se han considerado una plataforma ideal para desarrollar dispositivos emisores de luz debido a su alta eficiencia, larga vida útil y alta estabilidad física. Recientemente, se ha propuesto la integración de otros dispositivos ópticos, como detectores y guías de ondas, en la misma plataforma de GaN. Además, se han realizado aplicaciones como la comunicación de luz visible en un chip.

En resumen, se diseñó un viscosímetro miniaturizado integrando un dispositivo óptico de GaN con una tira flexible. Se optimizaron los parámetros operativos y estructurales del viscosímetro, incluida la frecuencia de vibración, la longitud y la profundidad de inmersión de la tira. Con tres tiras de diferentes espesores, el viscosímetro exhibió un rango de viscosidad extremadamente amplio de 100 a 106 mPa∙s. Además del alto grado de estabilidad durante 21.000 ciclos, se demostró la capacidad de distinguir de forma práctica fluidos de diferentes viscosidades y la monitorización en tiempo real de elastómeros bajo tiempos de curado. Demuestra el potencial del viscosímetro propuesto para el análisis rápido de diversos fluidos en aplicaciones prácticas.

Luz: Fabricación Avanzada

10.37188/lam.2023.002

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