🔢 ♨️ 🛥️ NASA超级电容器已成为...湿度计 👾 ⏺️ 👨🏿‍⚕️

有了技术，很多事情就可以像我们不想要的那样前进。马歇尔太空飞行中心的电子系统故障分析师Terry Rolin博士对此很了解。

他的工作是找到问题的解决方案，如果他找不到问题，那么他就开始发明。当Rolin和他的团队受命找出导致大型电池系统在2011年发生故障的原因时，这使他们思考了一个基本问题-我们能否开发出更好的电源？

根据团队在材料科学方面的经验，Rolin和他的团队开始工作。他们开始从头开始解决问题，研究电源的理想特性，并试图找到比传统标准更好地满足这些标准的材料。

Rollin解释说：“我们开始使用固体材料，以摆脱液体和凝胶，避免使用有毒材料。”而且，在使用纳米材料进行一些超现代的发展之后，他说：“我们设法发明了一种新设备，我们称之为超级电容器。”

这款新型NASA超级电容器由旨在存储能量的固体材料组成，并且比由有毒液体和凝胶制成的电池更安全。在测试期间，他对湿度表现出了惊人的敏感性。

Rolin团队的新发明代表了一类新的电源，代表了超级电容器和电池之间的一种混合。特别是，它结合了高容量（存储电荷的能力）和“电池固有的放电特性”，即随时间提供恒定功率。由半导体材料制成，与传统电池系统相比，它还更能抵抗不利条件，例如室内温度变化，并且制造和操作更安全。

意外产生的半导体湿度传感器使NASA致力于新能源技术的工程师感到惊讶。试图替换有毒材料制成的电池的尝试导致了新的湿度传感器的出现，该湿度传感器可提供有关冰箱或宇宙飞船内部湿度水平的读数。

罗林和他的团队希望这种革命性的材料在太空和商业能源系统中具有广阔的前景。同时，其创新材料特性的怪癖也开辟了意想不到的应用领域。

在测试的早期阶段，Rolin注意到了一个他无法解释的有趣特征：“一个好的储能系统应该具有大容量，”他说。“当我手持超级电容器并进行测试时，容量非常高。但是当我把它放在桌子上并再次测试时，它急剧下降。”

最初，工程师认为容量受Rolin身体热量的影响，因此他们在热室中进行了测试。容量没有变化。

“很快，我们意识到是呼出的空气中的水分导致了这些重大变化，” Rolin解释说。“我们在湿度箱中对其进行了测试，当然，我们看到了水箱对湿度水平变化的巨大响应。”

罗林（Rolin）的新型超级电容器原来是一种半导体湿敏元件。

技术变革

湿度传感器通过检测影响电流或温度的变化来测量空气中的水分含量。NASA超级电容器对变化的条件极为敏感，可以检测到最小的变化。此外，由于他容易倾倒收集到的表面水分，因此他很快康复了。

为了测量反应速度，该团队针对商用湿度传感器测试了其性能，发现速度更快。据罗林说，在他们可以在工厂进行所有水分测试之后，他们需要行业内的合作伙伴进行更广泛的检查。

他向马歇尔技术转让办公室寻求帮助。办公室宣布了这项技术，位于马萨诸塞州沃本的Roscid Technologies Inc.与NASA联系。该公司向NASA提供用于测试高纯度气体测量的高质量分析设备。 Roscid被提供来测试新技术，因为工作人员对此很感兴趣。在湿度传感器上的共同努力使探索一项新技术成为可能，该技术在初次检查时看起来很有希望。

“我们要求Terry发送一些样品，”新业务开发副总裁Ken Murray解释说。 “最初，我们提出了一个想法，以查看该材料的耐用性以及它在各种条件下的性能如何。”

这些测试是在“相当不愉快的环境”中进行的，包括“恶劣的化学物质，温度的突然变化和大量的工作循环”。该公司已经确认，新创建的NASA材料除了具有主要优点外，还具有附加值。

捕获湿度和信号输出变化所需的敏感表面尺寸取决于许多因素：敏感材料的类型，环境和应用。大多数传感器使用聚合物或陶瓷材料，它们的灵敏度可能较低，因此它们应足够大。

现有的所有传感器可能遇到的问题是它们测量的水分会损坏。随着时间的流逝，传感器会吸收液体，这会导致敏感材料的腐蚀。这会导致读数失真或传感器完全停止。在这方面，必须进行连续监视以确保数据准确性并更换损坏的块。这意味着大多数传感器寿命很短，这增加了维护系统的成本。

水分是包括制药在内的许多行业生产中的问题，因此控制水分含量至关重要。如果传感器失败或校准失败，则可能会导致重大损失。 NASA的新型半导体湿度传感器可以通过更强大的硬件来彻底改变行业。

Murray发现，要获得一致且准确的读数，少量的大约100英寸英寸的NASA新材料就足够了。为了将该信号转换为有意义的数据，Roscid开发并改进了与新材料兼容的电子组件。

“随着我们对传感器的深入研究，我们希望将其提升到一个新的高度，” Murray说。“每次我们都注意到我们学到了一些新东西，然后特里对技术进行了些微调整。对于我们正在测试的应用，传感器已经变得更加可靠。”

Roscid与Marshall签署了两个评估许可证，超出了NASA的测试要求。当穆雷（Murray）向潜在的新客户提供样品时，他说“反应是非常积极的。” 因此，该公司签署了非独家许可，并于2019年开始销售其CBNS215湿度传感器型号。

好处

在必须控制湿度的环境中，无论是维持某些条件还是防止湿气进入产品，都需要此类传感器。除了日常维护和传感器更换外，湿度控制系统还面临停机时间，需要昂贵的校准程序。 Roscid相信NASA传感器将大大减轻这种负荷。默里以制药业为例。

他说：“处理完每批药品后，制药公司必须检查传感器的校准标准，以确保它们没有偏离。” “如果任何设备出现故障，他们将不得不撤回并重新制造最后一批，或者隔离它。”

可靠的传感器将使公司能够增加校准周期，这将对最终结果产生重大影响。

一次“潮湿事件”后，传感器可能会偏离或发生故障。例如，当传感器浸入任何液体中时，传感器上的凝结可能很小或很大。随着新材料泄漏水分，这些问题可能已成为过去。

Murray解释说：“ NASA的敏感材料是半导体设计，无需冲洗任何东西。”

这种可靠性是高湿度和低温应用（例如冷却）的基本特征。随着冰箱门的不断打开和关闭，湿度和温度不断变化。要保持理想条件而不进行持续监控非常困难。

一家高质量家用冰箱制造商在蔬菜托盘中测试CBNS215传感器。目标是在37°F下将空气湿度保持在95％。到目前为止，该公司还没有找到能够长时间稳定保持湿度的单个传感器。

罗林说：“这些人进行了一项测试，而且相当复杂。” “ Roscid自己进行了类似的测试，据他们说，只有我们的传感器才能成功通过测试。这太酷了。”

Rolin希望找到一个重要问题的解决方案，该问题将使消费者和天然气公司节省数百万美元。这个问题是水进入汽油。

Murray相信新型传感器可以提供帮助。他解释说：“监测地下汽油储罐中的水分含量可以减少水进入汽车的机会。”传感器也可以安装在汽车的燃油箱中，警告驾驶员水分进入燃油供应系统。

石油和天然气公司也对CBNS215表现出了兴趣。他们需要在低露点和高达-70摄氏度的温度下工作的技术。当前使用的氧化铝传感器具有严重的局限性-长响应时间和长干燥时间。暴露于湿气后，系统可能需要几天或几周才能开始工作。 Murray已与业界合作，以确保NASA传感器将是真正的替代品。

冷杀菌，冷藏运输集装箱和卡车以及航空公司，只是一些行业的例子，这些行业有兴趣讨论新的传感器技术并与Roscid进行讨论。

Murray解释说：“对于军用飞机而言，具有湿度传感器可以准确读取飞机飞行所处大气中的露点水平特别有用，” “这项任务正在研究中。”

该SpaceX Crew Dragon航天器的副本正在为航天员进行环境控制和生命支持系统的测试。太空中的生命支持系统既复杂又微妙。 NASA开发的创新型固态湿敏材料可帮助检测这些系统中的小泄漏，因为它对空气中的最小变化很敏感，这使宇航员能够进行必要的维修并防止任何严重的问题。

这些多样化的应用为NASA技术带来了新的产业，为此默里向航天局表示敬意。

他说：“如果NASA认为可行，那么它将奏效。” “ NASA如此出色的合作伙伴，因为他们不仅致力于自己的工作，而且还致力于商业化过程。”

Rolin和他的团队正在寻找太空应用程序，以从这一意外发现中受益。

他解释说：“现在，我们知道我们的新材料对湿度敏感，并且似乎可以忍受温度峰值，因此我们可以安全地将其放置在我们的一个测试台中。” “如果表现良好，那么美国国家航空航天局将通过与Roscid的合作伙伴关系来使传感器成为可能。”

该传感器计划在与材料相关的ISS的实验飞行期间被送入太空。成功的飞行将证明新材料可在以后的飞行中使用。

Rolin注意到NASA在空间站上使用湿度传感器进行环境监测和生命支持系统，因此引入了微型传感器，该传感器将帮助监测从停止宇航员在睡眠中呼吸到早期发现系统中的危险泄漏的一切事物。

至于超级电容器的使用，初步结果是有希望的，并且仍然有许多测试。

Rolin说：“可能会创建一个组合系统，该系统将积聚能量，并在火箭和其他航天器中用作湿度传感器。”

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NASA超级电容器已成为...湿度计

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