目标
聚合物和半导体是功能性极强的材料,也是电子和电气产品的主要组成部分。对其详细特性的掌握,对于验证其功能性以及确保在产品生命周期的制造和消费后管理阶段采取适当的处理措施至关重要。一种自动化的、非接触式且无损的传感解决方案,能够为实时工业运营提供框架,以满足生产和废物管理(即回收利用)领域各种应用的需求。
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一种强有力的解决方案。
对于聚合物,拉曼光谱不仅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,还能克服黑色聚合物、添加剂及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的类型(例如 Si、Si-C、蓝宝石),包括掺杂剂的存在与类型。短积分时间结合机器人集成的可能性,使得在动态环境中(例如传送带上方)能够实现敏捷的传感解决方案。
我司拉曼测量头的主要优势包括:
通过选择不同的激光功率和积分时间,可识别当前解决方案无法分辨的多种物料流(包括难以检测的复杂聚合物、半导体类型以及掺杂剂的存在与类型)。
可将传感器集成至机械臂,配备自动快门及安全互锁信号
可在传感器网络中实现基于机器人的操作,对复杂材料进行高通量高级分类(与发明披露及专利申请相关)。
提供软件接口,可根据不同物料流选择相应的“配方”(即激光功率/积分时间组合)
应用实例
已在基于传送带的物料流表征动态环境中进行了拉曼测量。在环境光条件下,主要聚合物类型的诊断指纹可在0.5秒的积分时间内记录下来,且信噪比足够高,足以实现其识别(见图……)。激光功率可根据所选物料类型的需求进行调节,从而确保对多种物料流进行最佳信号采集。 为了更全面地表征物料流,可以将兼容机器人的拉曼传感器与其他成像传感器(例如RGB和基于反射的超光谱相机)集成。在这样一个复杂的集成系统中,机器人搭载的拉曼解决方案提供了多种定制化选项,既能提高结果的准确性,又能扩大可检测材料的范围。

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。
在电子废弃物回收过程中,识别ABS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)的光谱特征与其他苯乙烯类聚合物相似。特别是,该技术能够区分ABS和PS聚合物。
通过在快速采集时间(最大:500 毫秒)内获取的信号识别聚合物指纹。
成功应用预设方案,对同种塑料但不同颜色(白色ABS与黑色ABS)的样品进行信号采集。
在含白色颜料且具有宽荧光带(1600–2000 cm-1)的样品中获取聚合物特异性特征 -> 白色ABS
在含有黑色颜料且对激发光吸收强的样品中采集聚合物特有的特征,且不损坏材料 -> 黑色 ABS(500 毫秒采集时间)。
亮点:适用于实时和动态设置的测量条件——短积分时间和可调激光功率

图2. 从透明HDPE(上)和黑色HDPE(下)塑料标准样品采集的拉曼光谱。采集时间:500毫秒。
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。
