目标

聚合物和半导体是高功能性材料,是电子电气产品的主要组成部分。其详细特性是验证功能性、确保在其生命周期各阶段(制造及消费后管理阶段)得到适当处理的关键。自动化、非接触、无损的传感解决方案可为实时工业操作提供框架,满足生产和废弃物管理(即回收)领域中各种应用的需求。

解决方案

拉曼光谱测量为检测聚合物和半导体材料的详细成分提供了强大的解决方案。

对于聚合物,拉曼光谱包含识别关键聚合物类型(如PE、PP、ABS、PS、PC、PET、PVC、PMMA)所需的信息,还能克服黑色塑料、添加剂和聚合物共混物的识别难题——这对高质量分选、回收和质量控制至关重要。对于半导体,拉曼测量信息可检测半导体类型(如Si、SiC、蓝宝石),包括掺杂剂的种类和存在与否。较短的积分时间,加上与机器人集成的可能性,使得在传送带顶部等动态环境中实现敏捷传感解决方案成为可能。

我司拉曼测量头的主要优势包括:
  1. 可选择不同的激光功率和积分时间,从而识别多种物料流——这些物料流是现有解决方案无法分辨的(具有挑战性的复杂聚合物、半导体类型识别及掺杂剂种类/存在与否的判断)。

  2. 支持传感器集成至机械臂,配备自动快门及安全联锁信号

  3. 支持基于机器人在传感器网络中运行,用于复杂材料的高通量高级分类(关联发明披露和专利申请)。

  4. 软件界面可根据每种物料流选择不同的激光功率/积分时间“配方”。
     

应用示例

拉曼测量已在传送带基物料流表征的动态环境中进行。在环境光照条件下,主要聚合物类型的诊断指纹峰可在低至 0.5 s 的积分时间内记录下来,信噪比足以支持其识别(见图...)。激光功率可根据所选材料类型的需求进行调节,确保对多种物料流实现最优信号采集。对于更全面的物料流表征,可将机器人兼容的拉曼传感器与更多成像传感器(如 RGB 和基于反射的高光谱相机)集成。在这种复杂的集成系统中,机器人搭载的拉曼解决方案提供了大量量身定制的选项,用于提升结果精度并拓宽可检测材料的范围。


图1. 分别从ABS-白(上)和ABS-黑(下)塑料标准样品采集的拉曼光谱。采集时间范围为250–500毫秒。

  • 在电子废弃物回收中,ABS 的识别至关重要,因为该材料在 VNIR-SWIR 波段(塑料回收行业最常用的传感器波段)与其他苯乙烯类聚合物的光谱特征重叠。拉曼技术尤其能够区分 ABS 和 PS 聚合物。

  • 可在快速采集时间(最长 500 ms)内获取聚合物指纹信号并进行识别。

  • 成功使用“配方”对同一塑料类型但不同颜色的样品(白色 ABS 与黑色 ABS)进行信号采集。

  • 可在含有白色颜料和宽荧光带(1600–2000 cm⁻¹)的样品中获取聚合物特异性特征——白色 ABS。

  • 可在含有黑色颜料且激发光吸收强烈的样品中获取聚合物特异性特征,且不损伤材料——黑色 ABS(500 ms 采集时间)。

  • 亮点:测量条件适用于实时和动态环境——短积分时间和可调激光功率。
     



图 1. 采集自白色 ABS(上)和黑色 ABS(下)塑料标准样品的拉曼光谱。采集时间为 250–500 ms。

  • 在透明和黑色标准样品中识别高密度聚乙烯(HDPE)的诊断特征。

  • 透明HDPE:最终光谱中未观察到背景材料的影响(这意味着传送带或其他深色背景的存在不会影响信号采集)。

  • 黑色 HDPE:根据深色颜料和其他吸收剂的含量,信号采集可能会受到影响(参见 PE-2 特征的低信噪比)。尽管如此,其他与 PE 相关的指纹仍表现出良好的信噪比,即使在限制条件下,也能识别聚合物类型。



使用RAMSES测量头识别半导体类型(Si和4H-SiC)的示例。


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