Соборовер Э.И., к.х.н., с.н.с.,

1. HiTeck-2009СЕНСОРЫ НА ПОВЕРХНОСТНО-АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ ДЛЯ МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА, В ТОМ ЧИСЛЕ, НА НАЛИЧИЕ ВЗРЫВООПАСНЫХ МЕТАНА И ПРОПАНА Соборовер Э.И., к.х.н., с.н.с., НИИХимии ГОУ ВПО «Нижегородский государственный Университет им.Н.И.Лобачевского», ООО «Сенсор НН», ООО «Эйс» Нижний Новгород

2. НИИХимии ННГУ им. Н.И. Лобачевского – один из 3-х центров сенсорной микроэлектроники в России по разработке датчиков физических и химических параметров газовых сред на основе поверхностно-акустических волн (ПАВ). На кафедре Автоматизации Технологических процессов и производств Дзержинского политехнического института НГТУ им.Р.Е.Алексеева защищено 4 диссертации на соискание степени к.т.н. по специальности 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий • На кафедре ЭлектроникиТвердого Тела физфака ННГУ им.Н.И.Лобачевского • защищено более 15 дипломных работ по ПАВ-сенсорам для • приборов газового анализа и мультисенсорной системы типа “Электронный нос” • . • Опубликовано более 20 статей в научных журналах, • “Датчики и Системы”, “СЕНСОР”, «Нано- и. микросистемная техника» Материал представлен на международных конференциях “Датчики и преобразователи систем измерения, контроля и управления» 2002, 2003, 2004, “Электроника и Информатика” 2002;, «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» INTERMATIC и ПЛЕНКИ и НАНОСТРУКТУРЫ-2004, 2005, 2006, 2007. Сделано 5 обзорных докладов на международных и всероссийских научных форумах

3. SAW Sensor RF link Interrogator / Gateway Сенсоры на поверхностно-акустических волнах в технологии «без чувствительного покрытия» для контроля параметров газовых сред ПАВ-сенсорный элемент в конструкции двойной линии задержки по результатам проведения сравнительных лабораторных испытаний по своей чувствительности превзошел промышленный течеискатель Mastercool 55100 (США) в пять рази позволяет обнаруживать течь 3.5 г/год. Течь 0,1мкл/с: сигнал/шум - 4/1

4. Мультисенсорная система типа «электронный нос» на основе технологии «сенсоры на поверхностно-акустических волнах с чувствительными покрытиями на основе нанопленок функциональных полимеров» Мультисенсор на основе трех двойных линий задержки Параметры линейных уравнений, описывающих градуировочные графики дифПАВ-сенсоровв мультисенсорной головке: F (Гц) = А×С (мг/м3) + B ДИАГРАММА СЕНСОРНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ Гц/(мг/м3) Измерительный Канал

5. фотоприемник нагреватель ВШП лазер кварц зеркало НАНО - пленка «ЛАБОРАТОРИЯ В ЧИПЕ» ДЛЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХИССЛЕДОВАНИЙНАНО-ПЛЕНОК Кинетические кривые изменений ПАВ-частотыи величины падения напряжения на ФЭУ-106 в процессе напуска аммиако-воздушных смесей на нанопленку функционального ПДМС Термодинамические параметрыпроцесса сорбции NH3нано-пленкой ПДМС

6. SAW/FT-IR parameters measurement setup Hierlemann A., Ricco A.J., Bodenhofer K., Gopel W. // Anal. Chem. 1999. V. 71. N 15. P. 3022.

7. Micrograph of the single-chip CMOS gas sensor microsystem. The three different transducers (capacitive, mass-sensitive, andcalorimetric) and the additional temperature sensor are marked. The driving and signal-conditioning circuitry of the different sensors and the digital interface are integrated on-chip. The total size of the chip is 7 × 7 mm2. Anal. Chem., 78 (19), 6910 -6920, 2006. Detection and Discrimination Capabilities of a Multitransducer Single-Chip Gas Sensor System //Petra Kurzawski, Christoph Hagleitner, and Andreas Hierlemann

8. Изотермы, построенные из акустических измерений Изотермы, построенные из оптических измерений 240 340 440 540 240 340 440 540 Изотермы сорбцииаммиака нано-пленкой ПДМС

9. Таблица 1 Таблица 2Величины Кравн Термодинамические параметрыпроцесса сорбции NH3нано-пленкой ПДМС

10. Механизм сорбции NH3нано-пленкой ПДМС (1) . Здесь h – толщина чувствительного полимерного покрытия, м; VR2 – квадрат скорости распространения поверхностно-акустической волны Рэлея в кристалле кварца, (м/с)2; и – константы Ламэ, которые выражаются через модуль упругости Е и коэффициент Пуассона . Таким образом, разница термодинамических параметров, рассчитанных из оптических и акустических измерений, дает вклад в эти параметры, обусловленный: физической сорбцией газов в полимере (physical sorption = Ph.S.) и структурными релаксациями полимера (polymerrelaxation = PR), связанными с процессом сорбции: ∆G0297 PhS+PR = - (3.68  0.94) кДж/моль, ∆H0PhS+PR = (58.2  17.1) кДж/моль, ∆S0297 PhS+PR = (208  65) Дж/моль·К.

11. Energy diagram of the ammonia sorption process

12. ∆F = + K and - Lame constants, which are represented in elastic module (Е) and Poisson coefficient (s). Equation that shows the dependencies between SAW frequency and any variations in the SAW propagation area: Where delta m, С, h, s, e – change of mass, elastic coefficient, viscosity, conductivity, dielectric constant, СТ – capacity, Т – temperature, К – constant. The equation which includes elastic constant is: + whereh – sensing layer thikness, m; VR2-square Rayleigh speed in the quartz crystal, (m/c)2; . The SAW frequency decreasing, which is observed in most cases, caused by the gas adsorption in the polymer and can be calculated using the formula: where substrate constant for the AT-cut quartz is Snow A., Wohltjen H. // Anal. Chem. 1984. V. 56. № 8. P. 1411.

13. TRACKING CHANGES AT THE SURFACE:rapid characterization of bio-interfacesQ-Sense E4

14. Термостабилизированная акусто-оптическая измерительная ячейка сенсорного типа в конструкции двойной линии задержки фотоприемник нагреватель лазер кварц вшп нанопленка корпус микросхемы

15. 0,3мм 0,3мм 1,5 мм 0,7мм 2 мм 1.5мм а) Схема чип-резистора б) Схема расположения чип-резисторов на ПАВ-элементе ТЕС-88 В7-22А В7-22А ВШП ЧИП-РЕЗИСТОР ПТС-1100 ПАВ-ЭЛЕМЕНТ б) а)

16. ЗАВИСИМОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ПАВ-ЭЛЕМЕНТА ОТ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЧИП-РЕЗИСТОРАХ

17. 0 0 0 0 0 0 22 53 26 38 45 31 С С С С С С Зависимость дифференциальной ПАВ-частоты от времени при различных температурах в потоке лабораторного воздуха и без него Без потока лабораторного воздуха В потоке лабораторного воздуха

18. Изотермы сорбции аммиака нанопленкой ПДМСакустика оптика

19. Величины констант равновесия процесса сорбции аммиака пленкой ПДМС Термодинамические параметры процесса сорбции аммиака пленкой ПДМС

23. SAW Sensor RF link Interrogator / Gateway SАW-Information Media