Introduzione – Nanosensoristica
Introduzione
alla
Nanosensoristica
M. E. M. S.
Mircro-electromechanical systems
- non solo miniaturizzazione
- interdisciplinarità
- diversti tipi di sensori
- applicazioni
- sensori airbag
- accelerometri e giroscopi(smartphones)
- sensori per scopi medici
- bio-sensori
- sensori a pressione, termici
TRASDUTTORE
- Cos'è e a cosa serve?
- tipologie
- Piezoresistivi
- Piezoelettrici
- Capacitivi
- Approfondimento
- Blood Pressure sensor
- Airbag sensor
NANOGAP
nel campo della
SENSORISTICA
Di cosa si tratta
Fabbricazione
CHIP M4N
Figura 1: Nanogap di 2.5nm
Figura 2: Particolare del chip A9 usato in laboratorio
CUSTOM
HARDWARE
CUSTOM
SOFTWARE
while() {
counter = 0;
if(setFlag) {
set Vbias;
get R0;
}
get R;
if(R > 13 KOhm) {
storeData;
return;
else if( (R-R0/R0) > 0,02 ) {
Vbias = Vbias * 0,85;
else store R in buffer[Ri]
if( (Ri-R0)/Ri > 0,01 ) {
Vbias = Vbias * 0,95;
setFlag = true;
}
else Vbias = Vbias + dVbias;
setFlag = false;
}
Esperienza
nel campo della
SENSORISTICA
QTC sensor (sensore tattile)
Bio-Sensor al SiO
Percolazione
Percolation refers to the movement and filtering of fluids through porous materials.
Definisce la probabilità di un evento di distribuzione attraverso una struttura matriciale composta da
elementi conduttivi e non conduttivi in funzione del loro rapporto (definibile a seconda
dei casi come probabilità statistica o concentrazione normalizzata)
Applicabile con successo in parecchie situazioni:
Conduzione di materiali che soddisfano certe condizioni;
Reti neurali a carattere neuronico
Filtri microscopici nella rete idrica
Percolazione naturale dell’acqua piovana nella crosta terrestre
SOGLIA CRITICA
Aspetto peculiare: la presenza di una concentrazione critica c_o tale che l’andamento della probabilità di distribuzione sia costante per c minore c_c e c maggiore c_c, e un gradino nell’intorno di c_c, dovuto alla generazione di un cluster infinito.POSSIBILE REALIZZAZIONE DI UN SENSORE TATTILE SFRUTTANDO PERCOLAZIONE
Stessa struttura del QTC sostituendo il filler di nano-punte con micro-sfere di rame.
Si voglia realizzare l’esperimento concettuale di misurazione della conducibilità del suddetto composito in funzione della concentrazione:
QUANTUM TUNNELLING COMPOSITE
- Introduzione
- La fisica Newtoniana non basta
EFFETTO TUNNELLING
- Cos'e'
- Un po' di storia
- Ricorriamo alla fisica Quantistica
- Applicazioni
ESPERIENZA LAB QTC
Materiale per la fabbricazione del QTC
- Polimero: PDMS (8 g)
- Metallo: Rame (3 g)
- Agente reticolante: PCR 0.3g (proporzione 1/10 reticolante/rame)
Proporzionalità elementi
- Rapporto PDMS/metallo 2.5 circa
- Rapport Reticolante/Metallo 1/10
1° Passaggio: Creazione Layout degli elettrodi
2° Passaggio : Wet etching elettrodi
3° Passaggio : eliminazione resist
4° Passaggio : creazione "Sandwich"
CARATTERIZZAZIONE QTC
STRUMENTAZIONE
- Impedenzimetro Agilent 4294A con banda 40 Hz / 110 MHz e sonda Agilent 160960B
- Oscilloscopio digitale DSO9404A
- Circuito sperimentale M4N
- Pesi di precisione da 15.26g , 35.22g, 52.17g, 82.36g, 109.12g, 125.55g e 251g (l’ultima ottenuta con 2 pesi da 125g)
- Gabbia di Faraday realizzata tramite scatola metallica collegata a massa
Cosa analizziamo
- QTC 1 , realizzato dal gruppo, di forma quadrata di dimensioni 30x30x1.26 mm misurati con un calibro di errore assoluto strumentale di 0.05 mm con fattore PDMS/Cu di 2.5x)
- QTC 2 , campione realizzato precedentemente da terzi di forma quadrata di dimensioni 20x20x1.5 mm misurati con un calibro di errore assoluto strumentale di 0.05 mm
Ossido di Zinco (ZnO)
- Proprietà
- Sintesi
- Assitenza termica
- Sintesi dry
- Sintesi chimica wet
Sintesi chimica wet:
- Sintesi via sol-gel idrolisi
Zn2+ +4OH-→ [Zn(OH)4]2-
[Zn(OH)4]2-→ ZnO + H2O + 2OH-
tecniche di caratterizzazione - Applicazioni
- Fotocatalisi
- Dye sensitized solar cells
- Self-cleaning surfaces
- Celle Solari
- Sensori
- pH sensor
- Sensori biomolecole
- Piezoelettrici
- LED
Sintesi ossido di Zinco
DEPOSIZIONE DI NANOWIRE DI ZnO SU CHIP
CENNI DI TEORIA
Chip da Losanna;
Chip per dielettroforesi;
paramagnetismo dei wire;
PROCEDIMENTO
Preparazione del primo chip;
Prove a varie frequenze;
Preparazione del secondo chip con pulizia e zincatura;
Prove secondo chip
Obiettivo Cenni di teoria Procedimento
CHIP LOSANNA
Chip M4N per dielettroforesi
CARATTERIZZAZIONE DEI NANOWIRE DI ZnO
Obiettivo
Cenni di teoria:
- ROC 1
- ROC 2
Procedimento
prova a tensione diretta
prove a tensione inversa
prove con il Roc1 a polarizzazione inversa
RISULTATI E OSSERVAZIONI 1
RISULTATI E OSSERVAZIONI 2
RISULTATI E OSSERVAZIONI 3
U.W.B.
- Comunicazione wirelles a banda larga nel dominio della frequenza più di 500 MHz
- Uso di impulsi molto brevi (ns)
- Trasferimento di dati ad alta velocità su distanze molto brevi a bassa potenza, fino a 500 Mb/s nel raggio di 15/20 metri e fino a 1 Gb/s nel raggio di 5 metri.
- Modulazioni piu usate in uwb : PPM,PAM,BPSK
- Tecnologia a basso costo
U.W.B. 2
Vantaggi
- Elevata capacità del canale con distanze che variano da 1-10 metri
- Bassa potenza di trasmissione
- Bassa probabilità di individuazione e intercettazione : segnale UWB molto simile al rumore
- Buona performance in canali multipath
- Integrazione a basso costo : Non richiedono l’uso di componenti RF
Svantaggi
- Distorsione della foma d'impulso
- Bassa potenza di trasmissione : L’informazione può viaggiare solo in breve distanze
- Problemi di coesistenza con altre tecnologie wireles: WLAN 802.11°
- Sincronizzazione in alta frequenza : sono necessari ADCs molto veloci
APPLICAZIONI
- Comunicazione dati: Reti locali e personali ,Reti di sensori wireless (home automation)
- Radar:Diagnostica per immagini (monitoraggio cardiaco a distanza),georadar (ground penetrating radar),industria automobilistica (assistenza stradale ,sistema di allerta del traffico),sicurezza(Rilevatori di prossimità).
- Localizzazione: Monitoraggio delle scorte,Etichettatura e identificazione