Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка высокочувствительных сенсоров на основе оптических дисковых микрорезонаторов для определения малых концентраций наночастиц

Докладчик: Лясковский Владимир Леонидович

Должность: Начальник лаборатории, к.ф.-м.н.

Цель проекта:
1.Задача: Детектирование малых концентраций наночастиц (от 0,005 ppm) в жидких и газообразных средах и создание компактного, мобильного, недорогого экспериментального образца сенсора на основе оптических дисковых микрорезонаторов. 2.Цель: Разработка высокочувствительных сенсоров на основе оптических дисковых микрорезонаторов для определения малых концентраций наночастиц

Основные планируемые результаты проекта:
Краткое описание основных результатов:
1.Эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец высокочувствительного сенсора на основе оптических дисковых микрорезонаторов.
2. Экспериментальные образцы высокочувствительных сенсоров для определения размера и концентрации наночастиц на основе оптических дисковых микрорезонаторов.
3. Методики измерений концентрации наночастиц в жидких и газообразных средах с помощью оптических дисковых микрорезонаторов в трех конструктивных исполнениях.
4. Эскизная конструкторская документация на экспериментальный стенд для калибровки и испытания экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезанаторов и определения их характеристик.
5. Экспериментальный стенд для калибровки и испытания экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезанаторов и определения их характеристик.
6. Методика определения размера частиц диоксида титана с помощью высокочувствительного сенсора в воздушной среде.
7. Методика определения размера частиц наносеребра с помощью высокочувствительного сенсора в водной среде.
8. Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера.
9. Проект технического задания на проведение ОКР по теме «Создание высокочувствительных сенсоров на основе оптических дисковых микрорезонаторов для определения малых концентраций наночастиц».

2. Основные характеристики, разрабатываемого экспериментального образца высокочувствительного сенсора на основе оптических дисковых микрорезонаторов:
- возможность обнаружения наночастиц серебра в водной среде с концентрацией не менее 0,005 ppm;
- возможность работы с объемами образца, не менее 125 мм^3;
- диапазон размеров измеряемых наночастиц от 5 до 100 нм;
- точность определения размера не менее 20%;
- геометрические размеры активной части сенсора не должны превышать: высота - 5 мм; ширина - 5 мм; длина - 5 мм.
3. Данное техническое решение не запатентовано для регистрации наночастиц. При создании и отработке метода измерения частиц с помощью микрорезонаторов может быть получен целый набор сенсоров для проведения измерений наночастиц в воздушных и жидких средах, а также распространение этого метода для экспресс анализа химического состава жидкостных и газовых смесей.
4. Для создания сенсора на основе микрорезонаторов не решенными до конца проблемами в данное время остаются реализация стабильных, эффективных и, в то же время, технологичных методов ввода и вывода оптического излучения, а так же сохранения высокой добротности при использовании микрорезонаторов в различных средах и в сочетании со специфически чувствительными покрытиями на их поверхностях.
В рамках данной НИР, на основе имеющегося теоретического задела, аналитического оборудования и экспериментальной базы предполагается решить следующие задачи:
- Проведение анализа механизмов взаимодействия оптических микрорезонаторов с наночастицами в жидких и газообразных средах.
- Разработка новых методов диагностики, обработки и подготовки поверхностей микрорезонаторов с целью создания сенсоров с высокой (от 10^6 до 10^9) нагруженной добротностью.
- Разработка новых оригинальных топологий для эффективного ввода и вывода оптического излучения в микрорезонаторы.
- Создание прототипов сенсоров с предельным разрешением на основе оптических диэлектрических микрорезонаторов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
При создании и отработке метода измерения частиц с помощью микрорезонаторов может быть получен целый набор сенсоров для проведения измерений наночастиц в воздушных и жидких средах, а также распространение этого метода для экспресс анализа химического состава жидкостных и газовых смесей. На основе таких сенсоров могут быть сформированы системы контроля ПДК в производственных помещениях предприятий наноиндустрии, а также системы контроля экологической обстановки окружающей среды.

Текущие результаты проекта:
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
2. Проведены выбор и обоснование направления исследований.
3. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
4. Проведены теоретические исследования и разработка математических моделей чувствительных элементов сенсоров на основе оптических дисковых микрорезонаторов для определения концентрации наночастиц в газовых средах.
5. Проведены теоретические исследования и разработка математических моделей оптического дискового микрорезонатора для создания высокочувствительных сенсоров наночастиц в жидких средах.
6. Проведены теоретические исследования и разработка математических моделей оптического микрорезонатора, созданного литографическими методами для работы в жидких и газообразных средах.
7. Разработаны технические решений экспериментального стенда для калибровки и испытания экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезанаторов и определения их характеристик.
8. Разработаны технические решения системы ввода/вывода возбуждающего лазерного излучения и его регистрации для оптических дисковых микрорезонаторов, изготавливаемых различными методами.
9. Проведены экспериментальные исследования и выбор оптимальных параметров процесса изготовления оптических дисковых микрорезонаторов методами термообработки, механической обработки и литографии.
10. Разработана методика изготовления экспериментальных образцов оптических микрорезонаторов с помощью термообработки.
11. Разработана методика изготовления экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов с помощью механической обработки.
12. Разработана методика изготовления экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов с помощью литографии.