独特的粘度计设计将一个芯片级的GaN光学器件与一个可弯曲的带子整合在一起
发布时间：2023-02-23 08:00:00 阅读数： 62
作者：罗雨濛、卢高飞、王琦、朱志勤和李桂喜
传统的粘度计依赖于毛细管流动，而落球是在大范围内测量液体粘度的简单而有效的手段。然而，它们的低测量量和缺乏实时监测能力限制了它们的应用范围。
例如，毛细管仪器需要几个小时来评估高粘度液体的流动。旋转式粘度计是基于测量在样品流体中旋转主轴所需的扭矩。它们可以对广泛的粘度做出反应，但有笨重、昂贵和需要大量液体的缺点。
先进的方法，如基于液滴的微流控方法与微通道、悬浮微通道谐振器、振动悬臂和压电谐振器，已经被提出来以提高在特定粘度范围内对液体粘度的敏感性。然而，开发能够进行大范围实时测量的微型、低成本的粘度计仍然是一个挑战。
在发表于《光》杂志的一篇新论文中《先进制造》上发表的一篇新论文中，由南方科技大学的Kwai Hei Li教授领导的一个科学家团队开发了一种独特的粘度计设计，它将一个芯片级的GaN光学装置与一个可弯曲的带子整合在一起。
在各种可能的方法中，基于光纤技术的粘度计已经受到越来越多的关注。这是因为传感头具有结构紧凑、反应快速、抗电磁干扰等优点。
已经展示了带有改良结构的光纤探测，如空心毛细管、粘度敏感的荧光探头和长周期光纤光栅。它们的实施在很大程度上依赖于组装外部发光和检测单元以及用于光耦合的光学元件。
尽管基于光学镊子和干涉测量探头的非接触测量使精确的粘度测量成为可能，而且样品消耗量低，但它们往往涉及复杂和昂贵的显微镜设置。氮化镓半导体及其合金由于其高效率、长寿命和高物理稳定性，一直被认为是开发发光器件的理想平台。
最近，其他光学器件，如检测器和波导，也被提议集成在同一个GaN平台上。此外，片上可见光通信等应用也已实现。
综上所述，通过将一个氮化镓光学器件与一个可弯曲的带子集成在一起，设计了一个小型化的粘度计。粘度计的操作和结构参数，包括振动频率、长度和条带的浸泡深度，都得到了优化。通过三个不同厚度的条带，该粘度计表现出了100-106 mPa∙s的极宽粘度范围。
除了21,000次循环的高度稳定性外，还证明了区分不同粘度的实际液体的能力和对固化时间下的弹性体的实时监测。这证明了所提出的粘度计在实际应用中快速分析各种流体的潜力。
更多信息：Yumeng Luo等, Miniature viscometer incorporating GaN optical devices with an ultrawide measurement range, Light: 先进制造》（2023）。DOI: 10.37188/lam.2023.002
