Nghiên cứu và chế tạo cảm biến quang từ vi cộng hưởng quang tử 1D

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Sự ra đời của tinh thể quang tử

1.2. Khái niệm và phân loại tinh thể quang tử

1.3. Phân loại tinh thể quang tử

1.4. Tính chất của tinh thể quang tử

1.5. Vi cộng hưởng quang tử 1D trên cơ sở silic xốp

1.6. Lịch sử của silic xốp

1.7. Cơ sở cho quá trình hình thành silic xốp

1.8. Silic xốp trong các ứng dụng cảm biến

1.9. Cấu trúc cảm biến và nguyên lý hoạt động

1.10. Cảm biến hóa học

1.11. Cảm biến phân tử sinh học

2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CẤU TRÚC CỦA VI CỘNG HƯỞNG QUANG TỬ 1D TRÊN NỀN VẬT LIỆU SILIC XỐP

2.1. Chiết suất của silic, không khí và silic xốp và mô hình Kronig - Penny

2.2. Phương pháp ma trận chuyển (Transfer Matrix Method)

2.3. Công thức ma trận chuyển cho màng mỏng

2.4. Công thức ma trận chuyển cho cấu trúc đa lớp

2.5. Cấu trúc phần tư bước sóng

2.6. Vi cộng hưởng dựa trên cấu trúc phần tư bước sóng tinh thể quang tử 1D (1D PhC)

2.7. Các kết quả mô phỏng vùng cấm quang và phổ phản xạ của cấu trúc 1D PhC

2.8. Ảnh hưởng của các thông số của DBRs lên phổ phản xạ của vi cộng hưởng quang tử 1D

2.9. Các thông số của lớp khuyết tật ảnh hưởng tới phổ phản xạ của vi cộng hưởng quang tử 1D

2.10. Các thông số của cấu trúc vi cộng hưởng quang tử 1D ảnh hưởng tới độ nhạy của cảm biến quang

2.11. Ưu điểm của cấu trúc vi cộng hưởng quang tử 1D làm bằng silic xốp cho cảm biến quang

2.12. Các thông số của cấu trúc vi cộng hưởng 1D ảnh hưởng tới độ nhạy của cảm biến

3. CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO CẤU TRÚC VI CỘNG HƯỞNG QUANG TỬ 1D TRÊN CƠ SỞ SILIC XỐP

3.1. Nguyên lý, qui trình chế tạo cấu trúc vi cộng hưởng quang tử 1D làm bằng silic xốp

3.2. Thiết kế chế tạo cấu trúc vi cộng hưởng quang tử 1D

3.3. Một số phương pháp nghiên cứu cấu trúc và đặc tính quang học của vật liệu silic xốp

3.4. Phương pháp nghiên cứu vi hình thái của cấu trúc vật liệu xốp

3.5. Nghiên cứu phương pháp ghép lăng kính để đo chiết suất và chiều dày của vật liệu silic xốp

3.6. Phương pháp đo phổ phản xạ của cấu trúc màng đa lớp silic xốp

3.7. Cấu trúc vi cộng hưởng quang tử 1D

3.8. Thiết kế hệ thiết bị cảm biến quang tử nano dựa trên cấu trúc vi cộng hưởng quang tử 1D làm bằng silic xốp

4. CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH DƯ LƯỢNG MỘT SỐ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC DỰA TRÊN CẤU TRÚC VI CỘNG HƯỞNG QUANG TỬ 1D LÀM BẰNG SILIC XỐP

4.1. Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang dựa trên cấu trúc vi cộng hưởng quang tử 1D làm bằng silic xốp

4.2. Cấu trúc vi cộng hưởng quang tử 1D cho ứng dụng cảm biến

4.3. Khảo sát đo cảm biến với các dung môi hữu cơ

4.4. Các đường chuẩn thực nghiệm đối với các dung môi hữu cơ tinh khiết

4.5. Ứng dụng đo cảm biến đối với các dung môi hữu cơ trong xăng sinh học

4.6. Ứng dụng cảm biến quang đo các loại thuốc bảo vệ thực vật trong môi trường nước

4.7. Giới thiệu về thuốc bảo vệ thực vật

4.8. Các đường thực nghiệm khảo sát nồng độ của thuốc BVTV trong nước

5. CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG CẤU TRÚC VI CỘNG HƯỞNG 1D DỰA TRÊN VẬT LIỆU SILIC XỐP LÀM CẢM BIẾN XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG METHANOL TRONG ETHANOL

5.1. Xác định hàm lượng methanol trong ethanol

5.2. Xác định hàm lượng ethanol và methanol trong rượu là chế phẩm từ cồn công nghiệp

KẾT LUẬN CHUNG

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về vi cộng hưởng quang tử 1D và cảm biến quang

Vi cộng hưởng quang tử 1D là một trong những công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực cảm biến quang. Công nghệ này sử dụng các cấu trúc tinh thể quang tử để tạo ra các cảm biến có độ nhạy cao. Việc nghiên cứu và phát triển các vi cộng hưởng quang tử 1D không chỉ giúp nâng cao hiệu suất của cảm biến mà còn mở ra nhiều ứng dụng mới trong các lĩnh vực như y tế, môi trường và công nghiệp.

1.1. Khái niệm và phân loại vi cộng hưởng quang tử 1D

Vi cộng hưởng quang tử 1D được phân loại dựa trên cấu trúc và vật liệu sử dụng. Các loại vi cộng hưởng này có thể được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau, trong đó silic xốp là một trong những lựa chọn phổ biến nhất. Việc hiểu rõ về các loại vi cộng hưởng quang tử giúp tối ưu hóa thiết kế và ứng dụng của chúng.

1.2. Tính chất quang học của vi cộng hưởng quang tử 1D

Tính chất quang học của vi cộng hưởng quang tử 1D bao gồm khả năng phản xạ, truyền dẫn và độ nhạy với các thay đổi môi trường. Những tính chất này quyết định đến hiệu suất của cảm biến quang, từ đó ảnh hưởng đến khả năng phát hiện và đo lường các chất cần phân tích.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu vi cộng hưởng quang tử 1D

Mặc dù vi cộng hưởng quang tử 1D có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong quá trình nghiên cứu và phát triển. Các vấn đề như độ ổn định của cấu trúc, khả năng tương tác với các chất phân tích và chi phí sản xuất là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ ổn định của cấu trúc vi cộng hưởng

Độ ổn định của cấu trúc vi cộng hưởng quang tử 1D là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của cảm biến. Các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm có thể làm thay đổi tính chất quang học của cấu trúc, dẫn đến sai số trong kết quả đo.

2.2. Chi phí sản xuất và khả năng thương mại hóa

Chi phí sản xuất vi cộng hưởng quang tử 1D vẫn còn cao, điều này hạn chế khả năng thương mại hóa sản phẩm. Nghiên cứu và phát triển các phương pháp chế tạo hiệu quả hơn là cần thiết để giảm chi phí và tăng khả năng tiếp cận của công nghệ này.

III. Phương pháp chế tạo vi cộng hưởng quang tử 1D hiệu quả

Việc chế tạo vi cộng hưởng quang tử 1D đòi hỏi các phương pháp tiên tiến để đảm bảo chất lượng và hiệu suất. Các phương pháp như phương pháp ma trận chuyển (TMM) và phương pháp khai triển sóng phẳng (PWE) được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu này.

3.1. Phương pháp ma trận chuyển TMM

Phương pháp ma trận chuyển (TMM) cho phép tính toán chính xác các đặc tính quang học của vi cộng hưởng quang tử 1D. Phương pháp này giúp xác định các thông số như phổ phản xạ và vùng cấm quang, từ đó tối ưu hóa thiết kế cấu trúc.

3.2. Phương pháp khai triển sóng phẳng PWE

Phương pháp khai triển sóng phẳng (PWE) là một công cụ mạnh mẽ trong việc phân tích các tính chất quang học của vi cộng hưởng quang tử. Phương pháp này giúp mô phỏng và dự đoán hành vi của ánh sáng trong các cấu trúc phức tạp.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vi cộng hưởng quang tử 1D trong cảm biến quang

Vi cộng hưởng quang tử 1D đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ cảm biến hóa học đến cảm biến sinh học. Những ứng dụng này không chỉ giúp phát hiện nhanh chóng các chất độc hại mà còn nâng cao độ chính xác trong các phép đo.

4.1. Cảm biến hóa học sử dụng vi cộng hưởng quang tử 1D

Cảm biến hóa học dựa trên vi cộng hưởng quang tử 1D có khả năng phát hiện nồng độ của các chất hóa học trong môi trường. Công nghệ này cho phép đo lường chính xác và nhanh chóng, đáp ứng nhu cầu trong các lĩnh vực như bảo vệ môi trường và an toàn thực phẩm.

4.2. Cảm biến sinh học và ứng dụng trong y tế

Cảm biến sinh học sử dụng vi cộng hưởng quang tử 1D có khả năng phát hiện các biomarker trong mẫu sinh học. Điều này mở ra cơ hội cho việc chẩn đoán sớm các bệnh lý, từ đó nâng cao hiệu quả điều trị và chăm sóc sức khỏe.

V. Kết luận và tương lai của vi cộng hưởng quang tử 1D

Vi cộng hưởng quang tử 1D đang trở thành một trong những công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực cảm biến quang. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều đột phá trong việc phát triển các cảm biến có độ nhạy cao và ứng dụng rộng rãi trong đời sống.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ cảm biến quang

Xu hướng phát triển công nghệ cảm biến quang đang hướng tới việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí sản xuất. Các nghiên cứu mới sẽ tập trung vào việc cải thiện độ nhạy và độ ổn định của vi cộng hưởng quang tử 1D.

5.2. Tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác

Tiềm năng ứng dụng của vi cộng hưởng quang tử 1D không chỉ giới hạn trong lĩnh vực cảm biến mà còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác như công nghệ thông tin, năng lượng và vật liệu mới. Điều này sẽ tạo ra nhiều cơ hội nghiên cứu và phát triển trong tương lai.

Luận án nghiên cứu chế tạo và khảo sát cảm biến quang từ vi cộng hưởng quang tử 1D