Способ создания сенсорного элемента на основе микрорезонатора из пористого кремния для детекции паров взрывчатых веществ

Изобретение относится к области физики. Способ включает введение в микрорезонатор из пористого кремния органических полимеров класса полифениленвиниленов, причем микрорезонатор из пористого кремния размещают на дне металлической емкости, которую заполняют раствором органического полимера с концентрацией 0,1-1 мг/мл в органическом растворителе, после чего в емкость нагнетают инертный газ и поддерживают избыточное давление на уровне 1-9 бар в течение 10-100 минут при фиксированной температуре из диапазона от +10°С до +50°С. Достигается упрощение, повышение надежности и уменьшение ресурсозатратности процесса. 2 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 ил.

 

Изобретение относится к области нанотехнологии и физики, в частности к способу создания люминесцентного сенсорного элемента. Способ может быть использован для создания высокочувствительных сенсоров взрывчатых веществ. Предложенный способ приводит к повышению однородности проникновения и сокращению расхода органического полимера, введенного в микрорезонатор, по сравнению с известными методами создания сенсорных элементов из пористого кремния.

Известен способ, «изучение оптических свойств полимеров, введенных в пористую матрицу на основе кремния» (Cheylan S. и др. Optical study of polymer infiltration into porous Si based structures // Proc. of SPIE Vol. 6593, 2007. C. 65931K). В данном способе органические полимеры вводят в монослой пористого кремния за счет нанесения капли раствора полимера на поверхность пористой матрицы из кремния. Недостатком данного способа является неоднородность внедрения, которая не может быть достигнута из-за неоднородного распределения капли раствора по поверхности образца. В результате чего снижается эффективность и появляется разброс характеристик сенсорного элемента.

Наиболее близким способом является, «флуоресцентные гибридные устройства на основе полимеров-микрорезонаторов из пористого кремния для обнаружения взрывчатых веществ» (Levitsky I.A. и др. Fluorescent polymer-porous silicon microcavity devices for explosive detection // Appl. Phys. Lett. 2007. T. 90. №4. C. 41904.). Данный способ включает в себя введение органического полимера в микрорезонатор на основе пористого кремния. Введение органического полимера происходит путем нанесения капли раствора полимера в вакууме на пористую поверхность микрорезонатора. После нанесения полимер удаляется методом спин-коатига, а затем камеру наполняют азотом с атмосферным давлением. Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.

Основным недостатком приведенного выше способа является отсутствие однородных условий введения раствора органического полимера в микрорезонатор на разных участках его поверхности, что приводит к уменьшению эффективности и надежности сенсорного элемента. Также к недостаткам этого способа можно отнести высокий расход раствора используемого полимера, что приводит к увеличению ресурсозатрат.

Технический результат изобретения заключается в упрощении способа создания сенсорного элемента на основе микрорезонатора из пористого кремния и в повышении надежности, уменьшении ресурсозатратности процесса введения полимера, благодаря снижению разброса основных характеристик сенсорного элемента.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе создания сенсорного элемента на основе микрорезонатора из пористого кремния для детекции паров взрывчатых веществ, микрорезонатор из пористого кремния размещают на дне металлической емкости, которую заполняют раствором органического полимера с концентрацией 0,1-1 мг/мл в органическом растворителе, после чего в емкость нагнетают инертный газ и поддерживают избыточное давление на уровне 1-9 бар в течение 10-100 минут при фиксированной температуре из диапазона от +10°С до +50°С.

В частном случае в качестве органического растворителя используют толуол.

Также в качестве органического растворителя используют хлороформ.

Данный технический результат позволяет снизить расход органического полимера, так как образец размещается на дне емкости, благодаря чему требуется небольшой объем заливаемого полимера. При этом экспериментально подобранная концентрация раствора органического полимера в органическом растворителе в диапазоне 0,1-1 мг/мл обеспечивает высокий люминесцентный сигнал и высокую проникающую способность. В металлическую емкость нагнетают давление инертного газа, который не взаимодействует с органическим полимером. Минимальная величина давления в 1 бар обеспечивает однородное введения полимера, что в свою очередь существенно влияет на качество сенсорного элемента. Максимальный предел величины давления в 9 бар подобран экспериментально и определяет порог, выше которого скорость введения полимера не изменяется, но существенно усложняется конструкция установки. При этом время приложения давления ниже 10 минут приводит к уменьшению люминесцентного сигнала сенсорного элемента, тем самым снижая его эффективность. При превышении времени приложения давления 100 минут наблюдается образование пленки полимера на поверхности образца, тем самым ухудшаются характеристики сенсорного элемента. Температурные режимы экспериментально подобраны таким образом, чтобы обеспечить стабильность люминесцентного сигнала и определенную вязкость. Стоит отметить, что от величина люминесцентного сигнала зависит скорость и точность детекции паров взрывчатых веществ, а вязкость влияет на однородность введение полимера, преимущества которого рассмотрены выше. Тем самым минимальная величина составляет температуру +10°С. Значения температуры выше +50°С приводят к снижению мощности люминесцетного сигнала полимера, введенного в микрорезонатор.

Примеры конкретной реализации предлагаемого способа

На фиг. 1 изображена схема установки для ввведения полимера в микрорезонатор.

Трубка для подачи давления азота - 1; металлическая емкость - 2; раствор органического полимера - 3; микрорезонатор из пористого кремния - 4;

На фиг. 2 изображено распределение амплитуды люминесценции введенного полимера в зависимости от расстояния от центра микрорезонатора.

Пример применения

Данный способ реализован с помощью установки, изображенной на фиг. 1. Металлическая емкость наполняется раствором органического полимера из класса полифинилвинеленов с концентрацией 0,1 мг/мл в толуоле. Данная концентрация позволяет обеспечить высокую проникающую способность и люминесцентный сигнал полимера. Объем раствора составляет 1,5 мл. Затем в емкость с полимером на дно погружается образец микрорезонатора на основе пористого кремния. На следующем этапе емкость с раствором полимера и микрорезонатором нагревается до температуры 30°С. Данная температура обеспечивает необходимую вязкость органического полимера и поддерживается на протяжении всего процесса введения полимера. Затем через трубку - 1 в емкость нагнетается особо чистый азот. Азот химически не взаимодействует с органическим полимером и с микрорезонатором из пористого кремния. Величина давления при этом поддерживается на уровне 1,5 бара, таким образом создаются условия для однородного внедрения полимера. Время, в течение которого поддерживается избычное давление, составляет 100 мин. За этот временной промежуток в микрорезонатор проникает необходимое количество полимера для обеспечения высокого люминесцентного сигнала сенсорного элемента. Также, при данном времени введения, не образуется пленка на поверхности микрорезонатора, которая препятствует однородному проникновению полимера, что в свою очередь снижает качество сенсорного элемента. Однородность введения полимера продемонстрирована на фиг. 2, на которой показано распределение амплитуды люминесценции введенного полимера в зависимости от расстояния от центра микрорезонатора. Отклонение интенсивности от максимума составляет не более 30%. На краю образца интенсивность люминесценции полимера может быть меньше из-за краевых эффектов, связанных с качеством изготовления микрорезонаторов. На заключительном этапе отсоединяется трубка для подачи азота. Из емкости с раствором полимера, с помощью пинцета, извлекается образец микрорезонатора. Затем микрорезонатор помещается на чистую поверхность и высушивается при нормальных условиях от остатков раствора полимера.

Таким образом данный способ позволяет снизить расход органического полимера, что позволяет уменьшить ресурсозатратность. Также благодаря экспериментально подобранным параметрам: концентрации полимера, величине избыточного давления, времени приложения избыточного давления и температурным режимам, может быть обеспечено однородно введение полимера по поверхности микрорезонатора из пористого кремния, что приводит к увеличению надежности и снижению разброса основных характеристик сенсорного элемента.

1. Способ создания сенсорного элемента на основе микрорезонатора из пористого кремния для детекции паров взрывчатых веществ, включающий введение в микрорезонатор из пористого кремния органических полимеров класса полифениленвиниленов, отличающийся тем, что микрорезонатор из пористого кремния размещают на дне металлической емкости, которую заполняют раствором органического полимера с концентрацией 0,1-1 мг/мл в органическом растворителе, после чего в емкость нагнетают инертный газ и поддерживают избыточное давление на уровне 1-9 бар в течение 10-100 минут при фиксированной температуре из диапазона от +10°С до +50°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют толуол.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют хлороформ.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в аналитической химии для контроля концентрации озона в технологических процессах, экологического мониторинга, контроля воздушной среды рабочих зон, атмосферного мониторинга, в научных исследованиях, в том числе в области атмосферной химии.

Изобретение может быть использовано в аналитической химии, в экологическом мониторинге, для контроля воздушной среды населенных мест, в атмосферном мониторинге, для контроля концентрации озона в технологических процессах, научных исследованиях, в том числе в области атмосферной химии.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака.

Использование: для определения содержания нефтяных топлив в грунтах «на месте». Сущность изобретения заключается в том, что способ определения содержания нефтяных топлив в грунтах включает определение типа грунта, определение типа нефтяного топлива, установление содержания концентрации топлива по градуировочным графикам, при этом измеряют температуру грунта, на покрытии пьезосенсора сорбируют равновесные газы естественного происхождения над незагрязненным грунтом и фиксируют изменение частоты колебаний пьезосенсора, затем также сорбируют газы над загрязненным нефтяным топливом грунтом и фиксируют изменение частоты колебаний пьезосенсора, с учетом температуры грунта и содержания газов естественного происхождения определяют концентрацию нефтяного топлива в грунте по градуировочному графику.

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для экологического мониторинга. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика.

Использование: для измерения степени влажности газовой среды. Сущность изобретения заключается в том, что датчик влажности содержит подложку из диэлектрического материала с осажденными на нее пленочными электродами и диэлектрической пленкой в промежутке между ними, электроды разнесены на подложке относительно друг друга с образованием промежутка 0,1-2,0 мм и выполнены путем термического осаждения в вакууме на подложку, выполненную из керамики, слоя пленок из алюминия для каждого из электродов, пленку последующего второго слоя из металла, выбранного из группы Al, Ti, Sn для одного из электродов и последующего второго слоя из Ag для другого электрода, а также нанесения на поверхность второго слоя каждого из электродов и в промежуток между электродами на поверхность керамической подложки подвергнутой после ее нанесения совместно со всеми слоями и керамической подложкой отжигу на воздухе при температуре 400°С в течение 10 мин пленки линейно-цепочечного углерода, полученной путем осаждения в вакууме графита, испаряемого импульсным дуговым разрядом с помощью плазмы, создаваемой дуговым разрядом вне области разрядного промежутка в виде компенсированных бестоковых форсгустков углеродной плазмы плотностью 5⋅1012-1⋅1013 см-3, длительностью 200-600 мкс, частотой следования 1-5 Гц, при стимуляции углеродной плазмы инертным газом в виде потока ионов с энергией 150-2000 эВ, направленного перпендикулярно потоку углеродной плазмы.Технический результат: обеспечение возможности увеличения чувствительности, и диапазона определения влажности.

Изобретение относится к устройствам и материалам для обнаружения и определения концентрации паров гидразина в атмосфере или пробе воздуха (химическим сенсорам) и может быть использовано в медицине, биологии, экологии и различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам и материалам для обнаружения и определения концентрации паров гидразина в атмосфере или пробе воздуха (химическим сенсорам) и может быть использовано в медицине, биологии, экологии и различных отраслях промышленности.

Изобретение может быть использовано в санитарно-эпидемиологическом контроле промышленных регионов. Устройство выполнено из набора контроллеров, разнесенных по площади исследуемого района, каждый контроллер содержит несколько разнотипных газовых датчиков с электронной схемой в составе стабилизатора напряжения, стабилизатора тока подогрева, мостовой схемы, в одно из плеч которой включен датчик, измерительная диагональ мостовой схемы, посредством канального коммутатора, поочередно подключается на вход измерительного тракта из последовательно соединенных операционного усилителя, аналогово-цифрового преобразователя, буферного запоминающего устройства, схемы сравнения, соединенного с программируемой схемой выборки измерений, синхронизирующей работу элементов посредством закладки в нее телекоммуникационной программы от ПЭВМ в составе элементов: процессора, оперативного запоминающего устройства, винчестера, дисплея, принтера, клавиатуры.

Изобретение относится к технологии получения высокочувствительного резистивного газового сенсора на озон на основе оксидных пленок в системе In2O3-SnO2. Способ получения наноструктурированного газового сенсора на озон включает совместную кристаллизацию растворов солей или их соосаждение, при этом в качестве исходных реагентов используют растворы солей-прекурсоров (SnSO4, In(NO3)3*xH2O), получают оксидные порошки методом золь-гель совместной кристаллизации и соосаждения, после чего полученные порошки прокаливают при 120-400°С и обжигают при 650°С до получения твердого раствора на основе In2O3 с размером ОКР ~ 27-29 нм, затем приготавливают пасту со связующим на основе этилцеллюлозы [С6Н7O2(ОН)3-x(ОС2Н5)x]n и скипидара, причем в первой серии к навеске порошка добавляют 10 мас.% этилцеллюлозы и 5 мл скипидара, а для второй серии порошок смешивают с 30 мас.% этилцеллюлозы и 8 мл скипидара, затем после интенсивного перемешивания полученную пасту наносят на корундовые подложки трафаретной печатью, после чего образцы обжигают при 700°С в течение 5 часов на первом этапе и затем при 1100°С в течение 3 часов.

Изобретение относится к полимерным композитам и предназначено для изготовления теплозащитных покрытий корпусов гиперзвуковых летательных аппаратов. Наномодифицированный эпоксидный композит, включающий эпоксидную смолу, отвердитель, неорганический наполнитель и наночастицы оксида алюминия, или оксида циркония, и/или оксида иттрия в качестве наномодификатора, где в качестве наполнителя содержит кварцевую или кремнеземную ткань объемного переплетения, а наномодификатор выполнен в форме сфер, полученных методом испарения-конденсации, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: смола эпоксидная 100, отвердитель 10, наполнитель 60-65, сферические наночастицы Al2O3, или ZrO2, и/или Y2O3 17-22.
Изобретение относится к способу получения нано- или микроразмерных порошков боридов металлов путем высокотемпературного электрохимического синтеза в ионном расплаве без электролиза.

Группа изобретений относится к получению наночастиц чистых благородных металлов с гранями и контролируемыми размерами. Способ включает проведение реакции восстановления вещества-предшественника в растворе реагента, содержащем вещество предшественника в виде соли благородного металла или комплекса благородного металла, или смеси солей/или комплексов благородных металлов, и восстановитель, с получением реакционного раствора, содержащего наночастицы.

Изобретение относится к микрокристаллическому алмазному покрытию, предназначенному для трибологических областей применения в сфере микромеханики, а также в оптике.

Изобретение может быть использовано при изготовлении эпоксидных композиций. Поверхность углеродных нанотрубок (УНТ) фторируют путем обработки порошка не функционализированных нанотрубок газообразным фтором.

Изобретение относится к получению ультрадисперсного порошка металлического кобальта. Способ включает термообработку кислородсодержащего соединения кобальта в газовой среде.

Изобретение относится к нанесению покрытия на поверхность стального изделия, применяемого для защиты от эрозионного износа рабочих лопаток влажнопаровых ступеней турбин, эксплуатирующихся в экстремальных условиях.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в сканирующей зондовой микроскопии. Зонд для сканирующей зондовой микроскопии содержит кантилевер для атомно-силовой микроскопии с оптически активной областью, находящейся на острие иглы кантилевера.

Изобретение относится к области наноструктурированных и нанокомпозитных материалов. Одним из основных применений изобретения является создание высокоэффективных твердотельных термоэлектрических преобразователей тепловой энергии в электроэнергию или электрической энергии в тепло или холод.
Изобретение относится к области неорганической химии и касается способа получения наночастиц магнетита (Fe3O4), эпитаксиально выращенных на наночастицах золота, которые могут быть использованы в магнитно-резонансной томографии в качестве контрастного агента, в магнитной сепарации, магнитной гипертермии, адресной доставке лекарств при помощи внешнего магнитного поля.

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен аппарат и способ обработки нуклеотидных последовательностей, а также средство для секвенирования нуклеиновых кислот, молекулярной диагностики, анализа биологического образца, анализа химического образца, анализа пищевых продуктов и/или судебно-медицинского анализа. Аппарат включает массив электродов и прикрепленный к электроду наношарик, где к электродам избирательно приложимы электрические потенциалы для привлечения и/или отталкивания наношариков и/или несвязанных мешающих компонентов. Способ включает прикрепление к электроду наношарика и избирательное прикладывание к электродам массива электродов электрических потенциалов. Причём наношарик содержит представляющую интерес одноцепочечную повторяющуюся нуклеотидную последовательность. Изобретения обеспечивают эффективную обработку нуклеотидных последовательностей. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области физики. Способ включает введение в микрорезонатор из пористого кремния органических полимеров класса полифениленвиниленов, причем микрорезонатор из пористого кремния размещают на дне металлической емкости, которую заполняют раствором органического полимера с концентрацией 0,1-1 мгмл в органическом растворителе, после чего в емкость нагнетают инертный газ и поддерживают избыточное давление на уровне 1-9 бар в течение 10-100 минут при фиксированной температуре из диапазона от +10°С до +50°С. Достигается упрощение, повышение надежности и уменьшение ресурсозатратности процесса. 2 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 ил.

Наверх