Резюме (1137139)
Текст из файла
1ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯНАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ«ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ«ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ»На правах рукописиМИНЬКОВ КИРИЛЛ НИКОЛАЕВИЧИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГОМИКРОРЕЗОНАТОРА ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦРЕЗЮМЕ ДИССЕРТАЦИИна соискание ученой степени кандидата технических наук НИУ ВШЭНаучный руководитель:к.т.н., доцентЮрин Александр ИгоревичМосква — 20182ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫПостановка проблемыПроблема контроля наличия твердых частиц, в том числе наночастиц, вчистой газовой среде имеет критическое значение в большом числеприложений, начиная от обеспечения безопасной атмосферы для дыханиялюдей, в том числе в ходе космических полетов, и заканчивая контролематмосферы внутри литографических машин, изготавливающих микросхемывысокой степени интеграции с наноразмерными элементами.
В последнемслучае для исключения брака речь идет даже о единичных частицах.Вусловияцифровойтрансформацииотраслейэкономики,проектирования фабрик будущего и перехода к промышленному интернетувещей возникает необходимость в создании не просто высокочувствительныхдетекторов наночастиц, а недорогих, малогабаритных, не нуждающихся внастройке и обслуживании. И если для относительно крупных частиц (> 0,5мкм) такая задача решена на основе регистрации рассеяния света, то длянаноразмерного диапазона частиц решение пока не найдено.Существующие приборы контроля концентрации наночастиц необладают чувствительностью к единичным наночастицам, имеют большиегабаритные размеры, требуют сложной пробоподготовки, имеют высокуюстоимость.Дляработынатакомприборенеобходимвысококвалифицированный оператор.Использование методов регистрации наночастиц, основанных наприменении оптических диэлектрических микрорезонаторов, позволяетсоздатьдетекторы,удовлетворяющиетребованиям,цифровой экономикой к измерительным системам.предъявляемым3Степень разработанности проблемыНа данный момент большое количество научных групп занимаютсяизучением вопроса детектирования наночастиц при помощи оптическихдиэлектрических микрорезонаторов (далее по тексту — ОДМР).
Группа изUniversityofWisconsin-Madison,USAпоказываетвозможностьдетектирования нанотрубок разных размеров при помощи установки,собранной в составе электронного микроскопа. В своих исследованияхгруппа использует литографические резонаторы с добротностью 10 6, а такжеметод детектирования сигнала при помощи сдвига частоты. Одними излидеров в этой области являются коллектив из Max Planck Institute for theScience of Light, Germany. В своих работах группа исследует биологическиеобъекты в жидкости. Стоит особо отметит их работы по сравнениюпоказателей чувствительности различных методов детектирования объектовразного размера. Еще одной группой являются исследователи из Center forPhotonicsTechnology,USA,здесьделалисьпопыткидетектироватьнаночастицы в воздухе при помощи цилиндрических резонаторов из стекла,однако их добротность очень низкая - 106 , в связи с чем чувствительностьоставляет желать лучшего.Цель и задачиИсследование методов и средств контроля концентрации наночастицпри помощи оптических диэлектрических микрорезонаторов.Для достижения поставленной цели было необходимо решить рядзадач, к которым относятся:1.Исследование методов изготовления ОДМР.2.Исследованиефакторов,влияющихнаметрологическиехарактеристики ОДМР в процессе изготовления.3.Исследование влияния внутренних неоднородностей ОДМР наего метрологические характеристики.4.Исследование4разработкаиметодовоптическойсвязи,обеспечивающих максимальную добротность ОДМР.5.Исследованиеианализметодовконтролясчетнойконцентрации наночастиц в воздушной среде.6.Разработкаметодовсозданиясчетнойконцентрациинаночастиц для определения метрологических характеристик детектора наоснове ОДМР в воздушной среде.7.Исследованиеиразработкаметодовповышениячувствительности ОДМР при взаимодействии с наночастицами в жидкойсреде.Актуальность темыВ настоящее время ОДМР находят широкое применение в науке итехнике.ОДМРявляетсявысокодобротнымселективнымэлементом,являющимся аналогом высокодобротного контура или СВЧ резонатора,имеющим узкую резонансную кривую, возможность перестраиваться почастоте и устойчивость к помехам.
Их используют в качестве фильтровчастот, в которых перестройка может осуществляться за cчет механическогосдавливания или растяжения, а также вследствие изменения температуры.ОДМР позволяют реализовать высокочастотные генераторы сигнала смалыми фазовыми шумами. В литературе описывается возможностьсоединения нескольких микрорезонаторов в различные конфигурацииузкополосных фильтров, теоретическая ширина пропускания амплитудночастотной характеристики такого фильтра ничем не ограничена. Также наоснове ОДМР изготавливают многокаскадные фильтры с пропускнойспособностью до 100 ГГц.В лаборатории Jet Propulsion Laboratory, Пасадина, США используютОДМР в составе интегрированного гироскопа в спутниках и космическихкораблях. Детекторы на основе ОДМР способны измерять температуры откриогенных до комнатных с разрешением 10-6 K.
ОДМР возможно5использовать как приставки для стабилизации лазеров. Посредством связис ОДМР сужается спектр излучения лазера, а также появляетсявозможность создавать перестраиваемые по частоте лазеры.Резонаторы позволяют создавать оптические гребенки. Особыйинтерес представляет использование детекторов наночастиц на основерезонаторов, способных значительно увеличить предел чувствительностисовременных методов измерения концентрации наночастиц.Наночастицыразличныхматериаловширокоприменяютсянапроизводстве, в науке, а также медицинских исследованиях.
Среди нихнаиболее распространены частицы Аl2О3, ТiО2, SiO2 и ZnO. Из параметровнаночастиц наиболее часто исследуют геометрические размеры, морфологиюповерхности, массовую и счетную концентрацию и заряд.Одной из важных задач при изучении наночастиц является определениемалых концентраций наночастиц в различных средах. Эта задача можетрешаться при помощи большого количества методов, которые можноразделить на две группы: детерминированные и вероятностные.
Кдетерминированным относятся сканирующая электронная микроскопия,просвечивающая электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия,пьезобалансный метод. К вероятностным методам относятся: методдифракции на краю, метод динамического рассеивания света, методдифференциальной электрической подвижности, а также метод акустическойспектроскопии.Использование вышеописанных методов в большинстве случаевпозволяет производить измерение какого-то одного из вышеприведенныхпараметров наночастиц.
Также на рынке не представлены приборы,способные работать как в воздушной, так и водной среде, за исключениеммикроскопии, где это возможно сделать посредством трудоемкой подготовкипробы. Другим существенным недостатком всех обозначенных методовявляется отсутствие возможности измерять сверхмалые концентрациинаночастиц размером до 5 нм.6Другим перспективным методом является использование в качестведетекторов наночастиц оптических диэлектрических микрорезонаторов смодами шепчущей галереи. Микрорезонатор представляет собой теловращения диаметром от сотен нанометров до десятков микрометров.Для создания ОДМР, предназначенных для детектирования наночастицособое значение имеют два параметра: локализация поля, которая определяетобъемчувствительнойобластиидобротность,котораяпрямопропорциональна чувствительности ОДМР к минимальной концентрациинаночастиц.Личный вкладВ диссертации приведены результаты работы, выполненные автором втечение 4 лет.
Личный вклад автора в диссертационную работу:1) постановка цели и задач исследования;2) анализ литературы и методов исследования;3) конструирование, сбор и отладка экспериментальных установок;4) проведение экспериментов в полном объёме;5) обработка результатов и формулирование выводов исследования.Практическая ценность работы заключается в том, что на основепроведенных исследований был создан прототип ОДМР, пригодный дляопределения концентрации наночастиц в воздушной среде.
Получены актывнедрения и 2 патента.РаботавыполненаприфинансовойподдержкеМинистерстваобразования и науки Российской Федерации в рамках выполнениясоглашения №14.625.21.0041 от 26.09.2017 г. (уникальный идентификаторприкладных научных исследований RFMEFI62517X0041).7Методы исследованияВ теоретических исследованиях применялись методы разработкисредств измерений, эмпирические и статистические методы исследованияметрологическиххарактеристик.Обработкаизмерительныхсигналовпроизводилась в пакетах программ MATLAB, WinPython, Origin.Припроведенииэкспериментаприменялисьметодырастровойэлектронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии,метод дифференциальной электрической подвижности, метод динамическогорассеивания света, оптической микроскопии, конфокальной микроскопии,интерференционной микроскопии.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
