Выполнила магистрантка группы МРФ 17-1 Захаркина Евдокия НАНОСЕНСОРЫ. - презентация

1 Выполнила магистрантка группы МРФ17-1 Захаркина Евдокия НАНОСЕНСОРЫ

2 Наносенсоры – это сенсоры, при изготовлении которых используются нанотехнологии и наноматериалы, включающие компоненты с размером менее 100 нм. Сенсоры преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.давление температура расход концентрация частота скорость перемещение напряжение электрический ток

3 Например, известно, что насекомые и пингвины видят в ультрафиолете, пчелы различают мелькания частотой до 300 раз в секунду. Кроме того, пчелы, как и креветки, видят в поляризованном свете. А отдельные виды креветок даже способны различать линейную и круговую поляризацию. Бабочки вида Silkworm Moth могут почувствовать запах при содержании пахучего вещества 1/10 17 молекул воздуха. Тараканы способны замечать движения с амплитудой всего 2*10 –4 мм (величина, примерно равная длине цепочки из 2000 атомов водорода), а электрочувствительные органы акул- молотов могут ощущать перепады напряжения около 0,005 мкВ/см, что позволяет им улавливать импульсы, исходящие от работающих жаберных мускулов рыб, находящихся под слоем песка толщиной около 20 см. Человек в безлунную ночь может заметить горящую спичку на расстоянии до 5 км. В медицинской литературе в качестве казуистики описывались случаи сверхострого зрения до 60 единиц. Такая зоркость давала возможность без оптических приборов наблюдать спутники Юпитера. Кроме того, в отличие от многих видов животных, мы, как и прочие приматы, способны различать цвета, а за счет хорошо развитого стереоскопического зрения способность визуально определять расстояние до предметов у нас развита лучше, чем у многих живых организмов. Благодаря пьезоэлектрическим свойствам костной ткани человек ощущает электромагнитные поля, а чувствительность мышечных рецепторов позволяет определить разницу в весе предметов даже в один грамм Природные наносенсоры

4

5

6 Виды сенсоров: Оптические сенсоры Оптические датчики небольшие по размерам электронные устройства, способные под воздействием электромагнитного излучения в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах подавать единичный или совокупность сигналов на вход регистрирующей или управляющей системы. Оптические датчики реагируют на непрозрачные и полупрозрачные предметы, водяной пар, дым, аэрозоли.электронные устройства электромагнитного излучениявидимоминфракрасномультрафиолетовом диапазонах управляющей системы Данное свойство оптических датчиков обуславливает их широкое применение в автоматизированных системах управления: для определения наличия и количества предметов, присутствия на их поверхности наклеек, надписей, этикеток или меток, позиционирования и сортировки предметов. С помощью оптических датчиков можно контролировать расстояние, габариты, уровень, цвет и степень прозрачности. Их устанавливают в системы автоматического управления освещением, приборы дистанционного управления, используют в охранных системах. автоматизированных системах управления цвет охранных системах Источником излучения в современных оптических датчиках являются светодиоды.

7

8

9

10

11 Виды сенсоров: Тензометрические сенсоры Тензометрический датчик (от лат. tensus напряжённый) датчик, преобразующий механическую нагрузку (механическое напряжение), приложенную к измерительному телу тензодатчика в удобный для измерения сигнал (обычно электрический), пропорциональный приложенной нагрузке. Среди тензодатчиков, наибольшее распространение получили тензорезистивные датчики. Тензорезистивный датчик обычно представляет собой специальную упругую конструкцию с закреплённым на ней тензорезистором и другими вспомогательными элементами. После калибровки, по изменению сопротивления тензорезистора можно вычислить степень деформации, которая будет пропорциональна силе, приложенной к конструкции. Существуют разные типы датчиков: датчики силы (измеряет усилия -вес и силу) датчики давления (измерение давления в различных средах) датчики крутящего момента

12

13

14 Наноматериалы, используемые в нано сенсорах: -наночастицы, нанокристаллы, нанокластеры и квантовые точки, используемые в основном в оптических, в том числе и в биохимических сенсорах иммуносенсорах, реже в электрохимических сенсорах; -нанотрубки, наностержни, нано ленты, нановолокна, нанопроволоки, применяемые в первую очередь в электрических (эффект полевого транзистора) и электрохимических сенсорах, реже в оптических (биохимических) и пьезосенсорах; -сенсоры, основанные на использовании наноразмерных организованных структур (пленки Ленгмюра Блоджетта и само организованные моно- и поли слои), применяемые в основном в оптических, поверхностно-акустических и пьезокварцевых (объемно-акустических) сенсорах»

15 Газовые наносенсоры На изолирующую подложку кладется пластинка нагревательного элемента и покрывается пленкой из полианилина. Проводимость полианилиновой пленки при нагревании меняется в зависимости от состава газовой смеси, молекулы которой полианилин адсорбирует. Как известно, Si на воздухе окисляется, покрываясь слоем SiO2. Вследствие этого меняются его электрические характеристики, в частности проводимость. Если поместить окисленную кремниевую нано проволоку в газовую или жидкую среду, то на слой SiO2 будут осаждаться молекулы газа или растворенных в жидкой среде веществ, что также меняет проводимость нано сенсора.

16 Биосенсоры В кремниевой пластине методом электрон- но-лучевой литографии проделываются поры, диаметром 240 нм. Если обработать пластину раствором, содержащим вирусные частицы, то часть из них, соответствующих по диаметру, окажется внутри пор. Затем поверхность пластины сканируется лазерным лучом. Находящиеся на дне пор вирусные частицы по-разному рассеивают свет в зависимости от размера. На основании изменений в спектре отраженного от кремниевой пластины лазерного луча устанавливаются размеры и виды попавших в отверстия вирусов. Если приложить к электродам перемен- ное напряжение, то графеновая пленка бу- дет вибрировать, что хорошо заметно по не- равномерному отражению лазерного луча от поверхности пленки. Пленка после модулирования колебаниями лазерного луча ре- зонирует с той же частотой, а на электродах появляется переменное напряжение. В экспериментах резонатор устойчиво работал на частотах от 1 до 170 МГц. Достоинством этого резона- тора, помимо чрезвычайно малых размеров, является высокая точность, поскольку графе новая пленка, как и углеродные трубки, обладает высокой жесткостью и почти не вибрирует после снятия напряжения.

17 Сенсор давления на основе графена Графеновый датчик, работающий по принципу пьезоэлектроники, передачи электрического сигнала при нажатии на поверхность. Гибкий пластиковый лист состоит из нескольких слоев. В первую очередь это слои серебряных электропроводящих дорожек, расположенных вертикально с одной стороны и горизонтально – с другой. В пустотах между ними как раз находятся графеновые чернила, которые "чувствуют" малейшее изменение давления на поверхность и передают электросигнал по дорожкам.графеновые На презентационном видео разработчики показали подключение такого листа к компьютеру. Программа графического отображения сигнала показывает, что сенсор способен фиксировать не только место давления, но также и силу воздействия: слабое воздействие показано в светлых оттенках, а при более сильном нажатии точка на экране становится темнее. Листы можно делать любого размера и формы. Плюс их стоимость производства достаточно невысока. Создатели предлагают делать из нее сенсорные перчатки или стельки для обуви. Последние пригодятся спортсменам, а также людям, проходящим специальное лечение опорно-двигательного аппарата. Из других возможных сфер применения отмечают сферу безопасности – подобный датчик моментально предупредит о передвижении охраняемых предметов.Источник: "Агентство инноваций и развития экономических и социальных проектов"

18 Гибкие сенсоры В настоящее время гибкая электроника является одним из актуальных направлений развития нанотехнологий. Гибкая электроника предлагает создание совершенно новых электронных устройств таких как крошечные смартфоны, которые оборачиваются вокруг запястий, и гибкие дисплеи, которые разворачиваются из тонкого свитка до размера огромного телевизора. В качестве гибкого дисплея используются графеновые пленки. Графеновые пленки прозрачны и могут быть согнуты и растянуты без потери электрических свойств. Прозрачные графеновые сенсорные экраны могут успешно заменить оксид индия-олова, который в настоящее время широко используется в качестве сенсорных экранов для калькуляторов, мобильных телефонов. На внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод вместе с телом человека образует конденсатор; электроника измеряет ёмкость этого конденсатора (подаёт импульс тока и измеряет напряжение). конденсатор

19 Спасибо за внимание!