Simulation study of a highly efficient, high resolution X-ry sensor based on self-organizing aluminum oxide

State of the art X-ray imaging sensors comprise a trade-off between the achievable efficiency and the spatial resolution. To overcome such limitations, the use of structured and scintillator filled aluminum oxide (AlOx) matrices has been investigated. We used Monte-Carlo (MC) X-ray simulations to determine the X-ray imaging quality of these AlOx matrices. Important factors which influence the behavior of the matrices are: filling factor (surface ratio between channels and 'closed' AlOx), channel diameter, aspect ratio, filling material etc. Therefore we modeled the porous AlOx matrix in several different ways with the MC X-ray simulation tool ROSI [1] and evaluated its properties to investigate the achievable performance at different X-ray spectra, with different filling materials (i.e. scintillators) and varying channel height and pixel readout. In this paper we focus on the quantum efficiency, the spatial resolution and image homogeneity

ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ ЕМКОСТНЫХ ДАТЧИКОВ УСКОРЕНИЯ

In article variants of designs of sensitive elements for capacitor sensors of acceleration in plane-parallel and volumetric structure are offered. By results of the analysis of functional characteristics the range of sensitivity of sensors is established depending on design parameters.В статье предлагаются варианты конструкций чувствительных элементов для емкостных датчиков ускорения в плоскопараллельном и объемном исполнениях. По результатам анализа функциональных характеристик установлен диапазон чувствительности микродатчиков в зависимости от конструктивных параметров

СЕНСОРЫ ТЕМПЕРАТУРЫ НА АНОДНОМ ОКСИДЕ АЛЮМИНИЯ

Variants of designs dilatometric microrelays - sensors of temperature based on anodic alumina are offered. For various ranges of temperatures and operating conditions optimum designs are chosen.Предлагаются варианты конструкций дилатометрических микрореле - сенсоров температуры на анодном оксиде алюминия. Для различных диапазонов температур и условий работы выбраны оптимальные конструкции

Приборы и методы измерений запылённости окружающей воздушной среды. Краткий обзор

The main characteristics of airborne micro/nanoparticles, their impact on human health and air quality standards are presented. International standards classify microparticles by size (PM10, PM2.5, PM1, UFP), establish maximum allowable concentrations and control methods. Particular attention is paid to carbonand virus-containing microparticles control. To monitor the air environment in enclosed spaces and in transport, the portable sensors of micro-, nanoparticles are required with the ability to classify them by size and electrophysical characteristics.Detection of microparticles includes the sorting of particles entering the sensor by size and material type, subsequent actual detection of particles of the same kind, with subsequent classification by size, electrical and morphological characteristics. Separation of nanoand microparticles by size before detection improves the sensitivity and selectivity of the detector both in size and material. The virtual impactor and dielectrophoresis method are considered for integration in a Lab-on-Chip type sensor. Detection of microparticles is performed by separating the dispersed phase from the aerosol followed by the analysis, or directly in the air flow. The classification of detection methods according to speed and functionality is given. Among the methods allowing detection of micrometer and submicrometer size particles, the most suitable for miniaturization and serial production of Lab-on-Chip sensors are the multi-wavelength photoelectric, MEMS, and capacitor elements.The microelectromechanics, microfluidics and microoptics technologies make it possible to create portable sensor systems of the Lab-on-Chip type to detect particulates matter of micrometer and submicrometer size. A micro-, nanoparticles detector prototype based on alumina technology using MEMS elements for a compact Lab-on-Chip type sensor is presented. The proposed design for multifunctional portable detector of airborne micro/nanoparticles is prospective for industry, transport, medicine, public and residential buildings applications.Представлены основные характеристики переносимых воздухом микро/наночастиц, их влияние на здоровье человека и нормативы качества воздушной среды. Международные стандарты классифицируют микрочастицы по размеру (PM10, PM2,5, PM1, UFP), определяют предельно допустимые концентрации и методики их контроля. Особое внимание уделяется контролю углероди вируссодержащих микрочастиц. Для мониторинга воздушной среды в закрытых помещениях, в транспорте требуются портативные датчики микро-, наночастиц с возможностями их классификации по размеру и электрофизическим характеристикам.Детектирование микрочастиц включает сортировку попадающих в детектор микро/наночастиц по размеру и типу материала и собственно детектирование однотипных частиц с последующей классификацией по размеру, электрофизическим и морфологическим характеристикам. Разделение нано и микрочастиц по размеру перед детектированием повышает чувствительность и селективность детектора как по размерам, так и по материалу. Для интеграции в сенсоре Lab-on-Chip типа рассмотрены методы виртуального импактора и диэлектрофореза. Детектирование микрочастиц осуществляется с выделением дисперсной фазы из аэрозоля с последующим анализом либо непосредственно в воздушном потоке. Приведена классификация методов детектирования по быстродействию и функциональным возможностям. Среди методов детектирования частиц микронных и субмикронных размеров наиболее пригодны для миниатюризации и серийного изготовления Lab-on-Chip сенсоров мультиволновые фотоэлектрические, МЭМС, конденсаторные элементы.Технологии микроэлектромеханики, микрофлюидики и микрооптики позволяют создавать портативные сенсорные системы типа Lab-on-Chip для детектирования твёрдых частиц микронного и субмикронного размера. Представлен прототип детектора микро-, наночастиц на основе алюмооксидной технологии с использованием МЭМС элементов для компактного сенсора Lab-on-Сhip типа. Предлагаемая конструкция многофункционального портативного детектора микро/наночастиц воздушной (газовой) среды перспективна для применения в промышленности, транспорте, медицине, общественных и жилых помещениях

ELECTROMAGNETIC RADIATION SHIELDS BASED ON ANODIC ALUMINUM OXIDE

Decreasing of electromagnetic radiation reflection coefficient of aluminum foil after it anodizing was experimentally grounded. It's proposed to use shields based on this foil for manufacting of fabrics for human protection from electromagnetic radiation

Анодирование алюминия в вязком электролите для формирования одномерных фотонных кристаллов

In the paper, the possibility to produce anodic aluminum oxide (AAO) featuring one-dimensional photonic crystal along the normal to the surface is shown. The AAO structure is represented by alternating layers of different porosity and is formed in a viscous electrolyte based on sulfuric acid and ethylene glycol at the periodically varying from high (1.8 mA/cm2) to low (0.4 mA/cm2) current density with a rectangular pulse shape. The pore sizes and interpore distance, pore density and porosity, thickness and period of the AAO structure have been determined. The specular reflection spectra features for single layers that make up the AAO structure and for one-dimensional photonic crystals structures consisting of 165 periods have been studied. An increase in the porosity of the upper layers of the structure due to chemical etching of the pores during the oxide growth is noted. It is shown that the invariance of the spectral position of the photonic band gap for AAO structures is achieved by a 0.1 % decrease in charge at each subsequent anodizing cycle during their formation, which leads to a decrease in the period of the structure in the lower layers, compensating for the increase in the upper layers porosity. The reflection spectra have been analyzed for the incidence angles of 10° and 30° and used to calculate the period of the structure and the effective refractive index. The effective refractive index of the single layers that make up the AAO structure is calculated using the optical Fabry–Perot oscillations. For AAO with the properties of one-dimensional photonic crystal, a green color is observed at normal light incidence, and an iridescent color is observed when the angle changes. AAO can be used as a decorative coating on the housings of electronic devices (tablets, laptops, phones, etc.) and when creating design objects made of aluminum and its alloys.Показана возможность формирования анодного оксида алюминия (АОА) со свойствами одномерного фотонного кристалла вдоль нормали к поверхности. Структура АОА представлена чередующимися слоями различной пористости и сформирована в вязком электролите на основе серной кислоты и этиленгликоля при периодически изменяющейся плотности тока с 1,8 на 0,4 мА/см2 с прямоугольной формой импульса. Определены размеры пор и расстояние между ними, плотность пор и пористость, толщина и период структуры АОА. Изучены особенности спектров зеркального отражения одиночных составляющих структуру АОА слоев и структур одномерных фотонных кристаллов, сформированных из 165 периодов, каждый из которых соответствовал росту оксида при плотностях тока 1,8 и 0,4 мА/см2. Отмечено увеличение пористости верхних слоев структуры вследствие химического травления пор в процессе роста оксида. Показано, что неизменность спектрального положения фотонной запрещенной зоны для структур АОА достигается уменьшением заряда на каждом последующем цикле анодирования на 0,1 % при их формировании, что приводит к уменьшению периода структуры в нижних слоях, компенсируя рост пористости в верхних слоях. Спектры отражения проанализированы для углов падения 10° и 30° и использованы для расчета периода структуры и эффективного показателя преломления. Эффективный показатель преломления одиночных составляющих структуру АОА слоев рассчитан с использованием оптических осцилляций Фабри–Перо. Для АОА со свойствами одномерного фотонного кристалла при нормальном падении света наблюдается зеленая окраска, а при изменении угла – радужная. АОА может быть использован как декоративное покрытие на корпусах электронных приборов (планшеты, ноутбуки, телефоны и др.) и при создании объектов дизайна из алюминия и его сплавов

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОДЛОЖЕК АНОДНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ КАК ОСНОВЫ ПОРОГОВЫХ ДЕТЕКТОРОВ

The results of optical and photoluminescence properties of anodic alumina formed in the acidic electrolyte and subjected to high-temperature heat treatment are described in article. It was found that the photoluminescence properties of anodic alumina determined by the oxygen vacancies with different values of the charge states and impurities in the form of acid residues. As a basis of threshold detectors in terms of the mechanical strength the substrates formed in the oxalic electrolyte and modified by heat treatment at 800 °C are preferred.Описываются результаты исследования оптических и фотолюминесцентных свойств анодного оксида алюминия, сформированного в кислотных электролитах и подвергнутого высокотемпературной термообработке. Установлено, что фотолюминесцентные свойства анодного оксида алюминия определяются вакансиями кислорода с отличающимися значениями зарядовых состояний и примесями в виде остатков кислот. В качестве основы пороговых детекторов с точки зрения механической прочности предпочтительны подложки, сформированные в щавелевокислом электролите и модифицированные термообработкой при 800 °С

ПОРОГОВЫЙ СЕНСОР ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

The original design of a sensor control of ionizing radiations is resulted on the basis of dielectric substrates with periodic system of micro apertures. Substrates are executed from nanoporous anodic alumina. Micro apertures are generated by a photolithography with the subsequent etching oxide and filled with the help sol-gel of a method sensitive to ionizing radiation by layers from CdS.Приводится оригинальная конструкция сенсора ионизирующих излучений на основе диэлектрических подложек с периодической системой микроотверстий. Подложки выполнены из нанопористого анодного оксида алюминия. Микроотверстия сформированы фотолитографией с последующим травлением оксида и заполнены с помощью золь-гель метода чувствительными к ионизирующему излучению слоями из CdS

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЭКРАНОВ НА ОСНОВЕ ФОЛЬГИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ЗНАЧЕНИЯ ИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ

The research results of influence of the surface geometrical irregularities height of electromagnetic shields constructions made from foil materials based on aluminum on their electromagnetic radiation reflection and transmission coefficients values in frequency range 0.7…17 GHz are presented. The practical utilization ways of such constructions are proposed.Представлены результаты исследования влияния высоты геометрических неоднородностей поверхности конструкций электромагнитных экранов, выполненных из фольгированных материалов на основе алюминия, на значения их коэффициентов отражения и передачи электромагнитного излучения в диапазоне частот 0,7…17 ГГц. Предложены способы практического применения таких конструкций

Исследование влияния термообработки на микротвердость и износостойкость покрытий из анодного оксида алюминия, модифицированных наноалмазами

Anodizing of aluminum and its alloys is widely used in various fields of science and technology. The process of modifying porous anodic aluminum oxide with ultradispersed diamond (UDD) particles to improve the mechanical characteristics of coatings requires additional study. UDD was modified by consistent heat treatment at 40 °C and 120 °C. The results of the UDD surface modification were controlled by IR spectroscopy. The surface state analysis was carried out using the PMT-3 microhardnessmeter, the SolverPro P47 atomic-force microscope (AFM), and the experimental probe-electrometry device. One of the ways to improve the mechanical characteristics of such coatings is the use of ultradispersed diamonds with respective pretreatment of their surface. The article presents the results of a study of the influence of additives of ultradispersed diamonds with different functional surface composition in an acid electrolyte to form coatings of porous anodic alumina on the surface of AMg-2 aluminum alloy substrates by electrochemical oxidation. An increase in the microhardness and wear resistance of anodic oxide coatings formed on aluminum alloy substrates after various post-growth heat treatments is noted. It is shown that using a combined method based on doping anodic alumina in the process of synthesis with modified ultradispersed diamonds and post-growth annealing of the coatings obtained in vacuum at T = 500 °C, it is possible to obtain a composite material that is 2 times higher in hardness and 3 times higher in wear resistance compared to the initial coating. The research results can be used to create a new generation of radiation-resistant heat-removing bases, nano and micromechanical devices, elements of passive and active electronics, high-quality parts for spacecraft and satellites on modern composite materials.Приводятся результаты исследования влияния добавок ультрадисперсных алмазов (УДА) с различным функциональным составом поверхности в кислотный электролит для формирования покрытий из пористого анодного оксида алюминия на поверхности подложек из сплава алюминия АМг-2 путем электрохимического окисления. УДА модифицировались последовательной термообработкой при 40 °С и 120 °С. Результаты модификации поверхности УДА контролировались методом ИК-спектроскопии. Анализ модифицированной поверхности проводился с помощью микротвердомера типа ПМТ-3, атомно-силового микроскопа SolverPro P47 и экспериментального электрометрического прибора. Отмечается повышение микротвердости и износостойкости покрытий из анодного оксида, сформированных на подложках из алюминиевого сплава, после различных постростовых термообработок. Показано, что, используя комбинированный способ, который основан на легировании анодного оксида алюминия в процессе синтеза модифицированными УДА и постростового отжига покрытий в вакууме при Т = 500 °С, можно создать композиционный материал, обладающий в 2 раза более высокой твердостью и в 3 раза более высокой износостойкостью по сравнению с исходным покрытием. Результаты исследований могут быть использованы при создании нового поколения радиационно-стойких теплоотводящих оснований, нано- и микромеханических устройств, элементов пассивной и активной электроники, высококачественных деталей для космических аппаратов и спутников на современных композиционных материалах