Красноярские ученые теоретически исследовали оптические свойства двумерной решетки из нанодисков и предложили модель оптического сенсора деформации на ее основе. Идея использования решетки возникла при наблюдении отвечающих за фотосинтез микроструктур растений. Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials

Двумерные периодические массивы наночастиц обладают уникальными оптическими свойствами, которые могут быть использованы при проектировании и создании оптических датчиков и сенсоров. Чувствительность таких устройств определяется геометрией решетки и формой образующих ее элементов, что накладывает определенные требования к технологиям ее изготовления и, как следствие, стоимости конечного продукта.

opticheskiy_sensor.JPG


Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и Сибирского федерального университета теоретически исследовали двумерную решетку из диэлектрических нанодисков и предложили модель сенсора на ее основе. Принцип работы реального устройства будет основан на изменении резонансной длины волны структуры при ее деформации. Ученые выяснили, что оптический отклик решетки при ее сжатии и растяжении в двух взаимно-перпендикулярных направлениях различен: в одном случае длина волны резонанса не изменяется, в другом — наблюдается ее сдвиг. Чувствительность такого устройства определяется разностью резонансных длин волн, отнесенной к коэффициенту деформации структуры.

Такие устройства должны обладать высокой эластичностью, определяющей их рабочий диапазон. Поэтому ученые предлагают размещать наночастицы в гелевых матрицах или осаждать на гибкую подложку, например, на пленку из полидиметилсилоксана. Эластичность материала будет предотвращать образование трещин при растяжении или сжатии структуры. Использование таких материалов делает эти структуры похожими на мягкую материю или живую ткань. Она позволит сенсорному устройству вести себя как «живое растение» и на основе поведения решетки и соответствующих спектральных сдвигов определять деформации в конструкциях, на которых он расположен.

Похожие решетки возникают в отвечающих за фотосинтез микроструктурах растений. Внутри клеток листа растения располагаются хлоропласты, наполненные тилакоидной мембраной, содержащей хлорофилл, который придает растениям зеленую окраску. Однако пигмент распределен в зеленой части растений неравномерно. Тилакоид собирается в складки, дискообразные по форме, ориентированные к источнику света и упорядоченные в решетки. Возможно, что таким образом растению удается концентрировать световой поток в нужной для фотосинтеза области, либо наоборот избавляться от избытка излучения.

«Подобные структуры могут лечь в основу оптических сенсоров или детекторов, позволяющих определять наличие механических деформаций и их величину. Такие устройства обладают высокой чувствительностью, которая обеспечивается за счет деформации решетки без дополнительного изменения формы самих наночастиц. Этот подход значительно упрощает технологическую сторону реализации устройства и делает ее значительно дешевле», — рассказал один из авторов исследования, научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН кандидат физико-математических наук Рашид Гельмединович Бикбаев.

Работа поддержана грантом Президента Российской Федерации для молодых ученых-кандидатов наук (МК-46.2021.1.2).

Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН


Источники

Гибкий оптический сенсор из нанодисков сможет определять деформации в конструкциях
Наука в Сибири (sbras.info), 24/06/2021
Гибкий оптический сенсор из нанодисков сможет определять деформации в конструкциях
Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ksc.krasn.ru), 24/06/2021
Оптический сенсор из нанодисков сможет определять деформации в конструкциях
Научная Россия (scientificrussia.ru), 18/07/2021

Похожие новости

  • 14/07/2020

    Красноярские физики научились контролировать дифракцию пучков закрученного света

    ​Ученые рассчитали и экспериментально показали, как можно управлять не только количеством и распределением дифракционных максимумов взаимодействующих пучков так называемого закрученного света, но и орбитальным угловым моментом в каждом максимуме.
    1446
  • 07/07/2021

    Красноярский учёный стал соавтором фундаментальной международной монографии по сверхпроводимости

    В международном издательстве Oxford University Press вышла фундаментальная монография по сверхпроводимости «Superconducting state. Mechanisms and Materials» под авторством Владимира Кресина, Сергея Овчинникова и Стюарта Вольфа.
    261
  • 05/02/2021

    Представители двух ведущих университетов Томска и Красноярска посетили Красноярский научный центр СО РАН

    ​​​​​​3-го февраля состоялся визит руководства Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) в Академгородок. Знакомство с лабораториями Института физики им. Л.В. Киренского Красноярского научного центра СО РАН – часть ознакомительной программы рабочего визита группы руководителей ТУСУР в Красноярск.
    932
  • 11/05/2021

    Названы победители конференции молодых ученых КНЦ СО РАН

    В ФИЦ "Красноярский научный центр СО РАН" состоялась традиционная конференция молодых ученых. В этом году она проходила в смешанном формате. Докладчики и жюри находились в зале Ученого совета.
    293
  • 12/02/2021

    Искусственный интеллект в борьбе с коронавирусом

    Красноярские ученые придумали, как использовать искусственный интеллект для более точного определения площади поражения легкого коронавирусом и даже прогнозировать возможные осложнения. Это позволит врачам быстро назначать больному необходимую терапию и реабилитировать его после перенесенного ковида.
    1019
  • 01/02/2021

    ИК СО РАН запустил еженедельный онлайн-семинар для будущих пользователей ЦКП «СКИФ»

    Лаборатория перспективных синхротронных методов исследования (ЛПСМИ) Института катализа СО РАН провела первую серию семинаров для объединения потенциальных отечественных пользователей ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» и обмена опытом по использованию синхротронного излучения (СИ) в различных областях науки.
    1224
  • 04/08/2021

    Первый юбилей: Федеральному исследовательскому центру в Красноярске 5 лет

    ​​​1 августа исполнилось 5 лет с момента создания Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН». При создании центра многие институты и подразделения испытывали опасения, связанные с созданием столь крупной организации.
    487
  • 04/12/2019

    Создана первая российская установка для синтеза тонких оксидных пленок

    ​Красноярские ученые создали установку для формирования прозрачных оксидных пленок с регулируемой толщиной. Благодаря особенностям конструкции, на ней можно быстрее и эффективнее, чем на большинстве зарубежных аналогов устройства, проводить синтез химических покрытий на неорганической основе.
    1046
  • 19/01/2019

    Илья Рыжков: «Мы одни из первых в России начали создавать мембраны, управляемые электрическим полем»

    Красноярский край — один из самых индустриально развитых регионов России. Благодаря уникальным природным ресурсам в крае преобладают такие отрасли промышленности, как цветная металлургия, электроэнергетика, деревообработка и химическая промышленность.
    1828
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    7151