《非接触式磁纳米粒子温度场测量关键技术》

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区别于传统电学、光学方式,磁学温度测量可穿透表面而直接探测物体内部温度,是生命、材料与微电子等学科领域具有广泛应用前景的前沿技术,被列为“十三五”规划与《中国智能制造2025》中的关键技术难题。自百年前皮埃尔•居里提出磁学温度测量思想以来,一直是学术研究热点,但测量方法及装置始终未有标志性突破。在国基金与国合专项等支持下,历经10余年联合攻关,在非接触式磁学温度测量的新原理、新技术与新装置上取得重大突破,创建了崭新的磁学温度测量体系,主要发明如下:

1、颠覆性温度测量磁学方法与技术,国际上首次阐明,磁学通道可实现温度信息的高精度传递,关键在于敏感元件选用磁纳米粒子。揭示了磁纳米粒子显著高效的温-磁转换现象,高出MRI测温氢核3-6个量级。国际上首次实现物体内部温度测量,被仪器仪表权威期刊MEASSCI TECHNOL评为Highlight亮点论文。

2、高精度磁纳米粒子温度测量技术。发明了Langevin磁-温模型的数值解算方法,成功将温度信息从粒子浓度、探测距离等乘性干扰中分离。首次揭示了温变引发的粒子团聚现象,分别发明了粒子团聚或粒径分布修正方法。先后刷新自己的记录,测量精度从0.54℃提高到0.05℃,超越Nature、Science杂志近年10余篇报道的核磁共振非接触测温最高水平1℃。

3、超快磁纳米粒子温度测量技术。阐明热脉冲探测线圈固有常数与时间分辨率、探测灵敏度间的竞争关系,发明了超快温度测量方法及系统。提出了瞬态温度的神经网络解算方法,发明了激光脉冲温度测量装置。实现最快4.23纳秒激光脉冲的测量,突破国际温度测量先驱与领导者美国NANMAC公司温度计最快8微秒记录,高出3个量级。应用于激光脉冲测量,国际上首次发现纳秒热波信号,证实极端条件下热的波动传递现象,支撑了传热学热质理论的假设。

获授权发明专利20项,包括美、日、欧共5项。“磁纳米温度测量”主题成果占美国专利库的3/5,在“Web of Science”或中国发明专利库也排名第一。获湖北技术发明一等奖。IEEE TIM副主编/IEEE Fellow Subhas教授与德国TU BS的Schilling教授在引文中认为提出了温度测量“全新方法,解决了热疗与芯片结温测量领域的难题”。瑞士Fribourg讲席教授Petri-Fink引文认为是“实时非接触式测量温度迈出的第一步…,也是非常关键的一步”。还被英国RSCFellowChou与日本九州大学Enpuku等引用与评价。被MEASSC/ TECHNOL评为Highlight亮点论文。超快温度测量发现纳秒热波信号,证实极端条件下热的波动传递现象,支撑了非傅里叶传热学热质理论的假设,具有重大潜在科学价值;首次实证LED结温层温度低于荧光粉层,为LED传热优化提供了依据与校验手段;首次实现IGBT结温测量,发现温变导致的IGBT干涉电流,为提高IGBT可靠性提供了依据与技术支掸:应用于激光焊接的温度监控与质量监控,满足了型号飞机的急需,创造了显著的社会与经济效益。培养仪器仪表专业洪堡学者1名(当年全球共9人)。近三年新增销售2.7亿元,利润0.8亿元,带动我国温度场测量新技术的快速发展。

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