成果简介
高温加速度计在保证航空航天设备正常运行方面发挥着重要作用，例如监测和识别飞机发动机的异常振动。压电晶体的相变、机械故障和压阻/电容材料的漏电流是目前高温加速度计在973 K以上连续工作的突出固有局限性。随着航空航天的快速发展，开发一种新型振动传感器以满足高温下的关键需求是一项巨大的挑战。
本文，中科院物理研究所周维亚 研究员、解思深研究员等在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“A High-Temperature Accelerometer with Excellent Performance Based on the Improved Graphene Aerogel”的论文，研究报告了一种基于改进的石墨烯气凝胶（GA）的接触电阻型振动传感器（也称为加速度计），该传感器可以在高达1073 K的温度下连续稳定地工作，并在1273 K下间歇运行。
该传感器具有高灵敏度、宽频率响应范围（5 K 时高达 1073 kHz）、重量轻（敏感元件 <5 mg）和显著的稳定性。在 1073 K 时，基于 GA 的加速度计（简称 GABA）保持高 SNR 输出、良好的可重复性和低非线性误差 （<1%）。在 1273 K 时，传感器仍然能够响应 3 kHz 的振动，显示出在超高温下工作的可能性。由于材料的热稳定性是其在高温电子设备中应用的关键因素，我们通过优化退火温度同时降低残余应变，进一步提高了GA的热稳定性。除了超弹性、与温度无关的抗蠕变性和抗应力松弛性外，工艺改进的GA在299-1073 K的范围内表现出高稳定性和显著的机械性能可重复性。这种新型高温加速度计有望适用于空间站、航天器、行星探测器、航空发动机（带包装）等。
图文导读
图1.为GABA设计测试设置和GA表征。
图2.GABA在299和1073 K时的性能.
图3.GA 的优化和 GABA 的位移
图4、1073K振动试验前后的对比实验
图5.加速度计在1073K下连续工作期间的稳定性和1273K时的间歇运行稳定性
图6.GABA在不同大气中高温下的振动响应和473 K下环境振动的实时监测
小结
综上所述，本文开发了一种新型GABA。GABA优于传统的压阻式加速度计，为高温“电阻式”加速度计提供了新的选择。凭借优异的热稳定性和化学稳定性，在空间站、人造卫星、行星探测器等无氧恶劣环境下的振动传感具有广阔的应用前景。结合封装技术，该传感器可用作传统压电加速度计的替代品，用于在较高环境温度下对飞机发动机进行振动监测。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.3c00418
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