이 과정에서 진공 건조 오븐의 주요 기능은 광섬유와 습도 감지 재료 사이에 깨끗하고 균일한 인터페이스를 만드는 것입니다. 실란 처리된 영역을 진공 상태에서 90°C로 가열하면 후속 제조 공정의 응력을 견딜 수 있을 만큼 강력한 화학 결합층을 보장할 수 있습니다.
진공 환경은 단순히 섬유를 건조하는 것 이상을 합니다. 엄격하게 균일하고 강력하게 부착된 화학 결합층의 형성을 유도합니다. 이 층은 슬러리 응고 시 기계적 변형 중에 하이드로겔 필름이 분리되는 것을 방지하는 구조적 기초입니다.
FBG 제작에서 진공 건조의 역할
화학 결합 최적화
실란 커플링제의 적용은 유리 섬유와 감지 재료 사이의 "다리" 역할을 하는 표면 처리입니다.
그러나 시약을 적용하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 효과적으로 경화되어야 합니다.
진공 오븐 내에서 섬유 격자 영역을 90°C로 가열하면 이 시약을 섬유 표면에 영구적으로 고정하는 데 필요한 화학 반응이 촉진됩니다.
균일성 보장
표준 대기압 조건에서는 표면 처리가 고르지 않게 건조되거나 미세한 공기 방울이 갇힐 수 있습니다.
진공 환경은 이러한 불일치를 제거하여 커플링제가 섬유 격자 영역 전체에 걸쳐 완전히 균일한 층을 형성하도록 보장합니다.
이러한 균일성은 센서의 일관성에 매우 중요하며, 습도에 민감한 재료가 전체 활성 영역에서 예측 가능하게 반응하도록 보장합니다.
기계적 파손 방지
응고 응력 상쇄
센서의 물리적 무결성에 가장 중요한 단계는 공정 후반에 발생합니다. 바로 슬러리의 응고입니다.
이 응고는 복잡한 기계적 조건을 생성하여 섬유 표면에 응력과 장력을 가합니다.
결합층이 약하거나 고르지 않으면 이러한 힘으로 인해 감지 필름이 벗겨지거나 분리됩니다.
하이드로겔-섬유 인터페이스 강화
진공 건조 단계는 습도에 민감한 하이드로겔 필름과 섬유 기판 사이의 결합 강도를 직접적으로 향상시킵니다.
분자 수준에서 접착력을 극대화함으로써 진공 공정은 하이드로겔을 섬유에 효과적으로 "고정"합니다.
이는 박리를 방지하여 하이드로겔이 응고된 후에도 센서가 손상 없이 기능하도록 보장합니다.
공정 편차의 위험 이해
진공 처리 생략의 대가
이 특정 건조 방법을 건너뛰거나 대기압에서 수행하면 결합 강도가 크게 저하됩니다.
약한 결합은 제조 중, 특히 슬러리 응고 단계에서 즉각적인 파손으로 이어집니다.
박리 감지
부적절한 건조로 인한 파손은 종종 감지층의 완전한 박리로 나타납니다.
이로 인해 광섬유 브래그 격자(FBG) 습도 센서는 외부 습도 변형을 섬유로 전달할 수 없게 되어 민감도가 0이 됩니다.
센서 내구성 보장
FBG 습도 센서의 신뢰성을 극대화하려면 건조 공정에 대해 다음 사항을 고려하십시오.
- 내구성이 주요 초점인 경우: 진공 사이클이 90°C까지 도달하도록 하여 화학 결합이 응고 응력을 견딜 만큼 충분히 강하도록 보장합니다.
- 일관성이 주요 초점인 경우: 공기 포집을 제거하고 실란 층이 격자 전체에 걸쳐 완벽하게 균일하도록 진공 환경을 우선시합니다.
진공 건조 오븐은 임시 표면 처리를 영구적인 구조적 인터페이스로 변환하여 센서의 장기적인 생존 가능성을 확보합니다.
요약 표:
| 공정 특징 | FBG 습도 센서에 대한 이점 |
|---|---|
| 90°C 진공 환경 | 실란 시약의 영구적인 화학적 고정 촉진 |
| 균일성 제어 | 일관된 감지 인터페이스를 위해 공기 포집 제거 |
| 결합 강도 | 슬러리 응고 중 하이드로겔 필름 박리 방지 |
| 기계적 무결성 | 높은 민감도를 위해 정확한 변형 전달 보장 |
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참고문헌
- Ruoxu Zhao, Nianbing Zhong. In situ continuous decoding of temperature humidity and micro strain during sandstone fracture hole restoration. DOI: 10.1038/s40494-025-01722-x
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