RU2661611C1 - Способ создания сенсорного элемента на основе микрорезонатора из пористого кремния для детекции паров взрывчатых веществ - Google Patents
Способ создания сенсорного элемента на основе микрорезонатора из пористого кремния для детекции паров взрывчатых веществ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2661611C1 RU2661611C1 RU2017142556A RU2017142556A RU2661611C1 RU 2661611 C1 RU2661611 C1 RU 2661611C1 RU 2017142556 A RU2017142556 A RU 2017142556A RU 2017142556 A RU2017142556 A RU 2017142556A RU 2661611 C1 RU2661611 C1 RU 2661611C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- porous silicon
- polymer
- microresonator
- sensor element
- creating
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 239000002360 explosive Substances 0.000 title claims description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title description 3
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 claims abstract description 17
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 29
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- -1 polyphenylene-vinylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
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.
Description
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.
Claims (3)
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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017142556A RU2661611C1 (ru) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | Способ создания сенсорного элемента на основе микрорезонатора из пористого кремния для детекции паров взрывчатых веществ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017142556A RU2661611C1 (ru) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | Способ создания сенсорного элемента на основе микрорезонатора из пористого кремния для детекции паров взрывчатых веществ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2661611C1 true RU2661611C1 (ru) | 2018-07-17 |
Family
ID=62917083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017142556A RU2661611C1 (ru) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | Способ создания сенсорного элемента на основе микрорезонатора из пористого кремния для детекции паров взрывчатых веществ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2661611C1 (ru) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1829751A1 (ru) * | 1991-06-17 | 1996-08-27 | Институт микроэлектроники АН СССР | Способ изготовления чувствительного элемента полупроводникового газового сенсора |
| RU2114422C1 (ru) * | 1997-04-15 | 1998-06-27 | Научно-информационный центр проблем интеллектуальной собственности | Полупроводниковый датчик газов |
| RU2142114C1 (ru) * | 1998-07-30 | 1999-11-27 | Московский государственный университет леса | Микрорезонаторный волоконно-оптический датчик концентрации газов |
| RU2164719C1 (ru) * | 1999-09-28 | 2001-03-27 | Институт физики полупроводников СО РАН | Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе |
| US20040195096A1 (en) * | 2001-07-31 | 2004-10-07 | Christos Tsamis | Method for the fabrication of suspended porous silicon microstructures and application in gas sensors |
| RU2280320C1 (ru) * | 2005-02-03 | 2006-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт электронной техники (технический университет)" | Микрорезонатор с термическим возбуждением |
| US8007169B2 (en) * | 2005-07-06 | 2011-08-30 | Robert Bosch Gmbh | Sensor |
| RU2524453C2 (ru) * | 2012-10-19 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Чувствительный элемент сенсора для молекулярного анализа |
-
2017
- 2017-12-06 RU RU2017142556A patent/RU2661611C1/ru active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1829751A1 (ru) * | 1991-06-17 | 1996-08-27 | Институт микроэлектроники АН СССР | Способ изготовления чувствительного элемента полупроводникового газового сенсора |
| RU2114422C1 (ru) * | 1997-04-15 | 1998-06-27 | Научно-информационный центр проблем интеллектуальной собственности | Полупроводниковый датчик газов |
| RU2142114C1 (ru) * | 1998-07-30 | 1999-11-27 | Московский государственный университет леса | Микрорезонаторный волоконно-оптический датчик концентрации газов |
| RU2164719C1 (ru) * | 1999-09-28 | 2001-03-27 | Институт физики полупроводников СО РАН | Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе |
| US20040195096A1 (en) * | 2001-07-31 | 2004-10-07 | Christos Tsamis | Method for the fabrication of suspended porous silicon microstructures and application in gas sensors |
| RU2280320C1 (ru) * | 2005-02-03 | 2006-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт электронной техники (технический университет)" | Микрорезонатор с термическим возбуждением |
| US8007169B2 (en) * | 2005-07-06 | 2011-08-30 | Robert Bosch Gmbh | Sensor |
| RU2524453C2 (ru) * | 2012-10-19 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Чувствительный элемент сенсора для молекулярного анализа |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Organic long‐persistent luminescence from a thermally activated delayed fluorescence compound | |
| Chen et al. | Light illumination induced photoluminescence enhancement and quenching in lead halide perovskite | |
| Ghosh et al. | New insights into the complexities of shell growth and the strong influence of particle volume in nonblinking “giant” core/shell nanocrystal quantum dots | |
| Becker et al. | Efficient light harvesting in dye-endcapped conjugated polymers probed by single molecule spectroscopy | |
| Wei et al. | High‐intensity triboelectrification‐induced electroluminescence by microsized contacts for self‐powered display and illumination | |
| Qingquan et al. | Modified isothermal discharge current theory and its application in the determination of trap level distribution in polyimide films | |
| RU2661611C1 (ru) | Способ создания сенсорного элемента на основе микрорезонатора из пористого кремния для детекции паров взрывчатых веществ | |
| Siebers et al. | Exciton spin dynamics and photoluminescence polarization of CdSe/CdS dot-in-rod nanocrystals in high magnetic fields | |
| CA2572627A1 (en) | Injection of treatment materials into a geological formation surrounding a well bore | |
| TWI547982B (zh) | 用於乾燥晶圓基材的方法和用於實施該方法的晶圓夾持器 | |
| Han et al. | Intrinsically viscoelastic supramolecular conjugated polymer toward suppressing coffee-ring effect | |
| Ni et al. | Intrinsically stretchable fully π-conjugated polymers with inter-aggregate capillary interaction for deep-blue flexible inkjet-printed light-emitting diodes | |
| Saifuddin et al. | Tuning the edge-on oriented ordering of solution-aged poly (3-hexylthiophene) thin films | |
| Zhang et al. | Surface analysis of oxygen plasma treated poly (p-phenylene benzobisoxazole) fibers | |
| EA200901304A1 (ru) | Способ удаления остаточного формующего растворителя из сформованного из геля филамента, филамент, полифиламентная нить и продукты, содержащие филамент | |
| Jarvis et al. | Aqueous and thermal oxidation of porous silicon microparticles: implications on molecular interactions | |
| Schmid et al. | Polarization anisotropy dynamics for thin films of a conjugated polymer aligned by nanoimprinting | |
| Koynov et al. | Purification of Nano‐Porous Silicon for Biomedical Applications | |
| Long et al. | Electropolymerization of Preferred‐Oriented Conjugated Microporous Polymer Films for Enhanced Fluorescent Sensing | |
| Hepp et al. | Effects of process parameters on trap distributions in organic semiconductors | |
| van Stam et al. | Comparing morphology in dip-coated and spin-coated polyfluorene: Fullerene films | |
| Cabanillas-Gonzalez et al. | Two-step field-induced singlet dissociation in a fluorene trimer | |
| US8709184B2 (en) | Single walled carbon nanotube saturable absorber production via multi-vacuum filtration method | |
| CN107188184B (zh) | 多孔硅材料的水热制备方法和气体荧光传感器的制备方法 | |
| Brown et al. | Viscoelastic properties and structure of poly (acrylonitrile‐co‐methacrylic acid) polymer solutions for gel spinning at long aging times |