CC BY
45
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2010, том 53, №11_________________________________
ТЕХНИКА
УДК 621.472
Х.С.Каримов, академик АН Республики Таджикистан Х.М.Ахмедов, З.М.Рахматова, И.Хамидов,
А.Матин*, Адам Хан*
ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИТА ПОЛИ-N-ЭПОКСИПРОПИЛКАРБАЗОЛА И Cu2O
Центр исследования и использования возобновляемых источников энергии при Физико-техническом институте им.С.У.Умарова АН Республики Таджикистан, *Институт технологии и прикладных наук им.Гулам Исхак Хана, Пакистан
Изготовлены и исследованы чувствительные датчики перемещений на основе композита по-ли-Ы-эпоксипропилкарбазола (ПЭПК) и окиси меди (Cu2O). Показано, что при изменении перемещений в интервале 0...20 мкм сопротивление датчика снижалось в среднем в 3раза.
Ключевые слова: датчики перемещения - фотоконденсаторы - сопротивление датчика.
Известно, что на практике используются различные виды датчиков перемещений, основанных на измерении сопротивлений, емкостей, индуктивностей, фотоэлектрического эффекта и т.п.[1-3]. Значения перемещений, измеряемых этими датчиками, лежат в интервале от нескольких микрон до сантиметров. Некоторые из датчиков относятся к классу неконтактных, с помощью других измерения осуществляются при непосредственном контакте с перемещающимся объектом.
Комплексы поли-К-эпоксипропилкарбазола (ПЭПК) относятся к фоточувствительным органическим полупроводникам, обладающим высокой адгезией. На их основе были разработаны различные приборы, в том числе фотоконденсаторы [4].
Окись меди (Cu2O) является полупроводником р-типа с шириной запрещенной зоны 2 эВ [5]. В настоящее время получены наноструктуры Cu2O [6].
Ранее нами на основе кристаллов комплексов тетрацианхинондиметана (TCNQ ) были разработаны высокочувствительные резистивные датчики линейных и угловых перемещений [7]. Также были изготовлены и исследованы тензорезистивные датчики на основе ПЭПК [8]. В данной работе описана конструкция, способ изготовления резистивных датчиков перемещений на основе композита ПЭПК и Cu2O и исследованы их свойства.
Для получения композитов использовался ПЭПК, синтезированный в лабораторных условиях [4], и микропорошок Cu2O с размером частиц 3-4 мкм.
Датчик перемещений был изготовлен следующим способом. На эластичную полимерную подложку толщиной в 100 мкм, очищенную в ацетоне в течение 10 мин, методом вакуумного испарения осаждались электроды из пленок серебра шириной 15 мм и толщиной 100 нм. Расстояние между этими электродами было равно 40 мкм. Далее на эти электроды наносилась суспензия из 3 вес.%
Адрес для корреспонденции: Ахмедов Хаким Мунаваррович. 734063, Республика Таджикистан, г.Душанбе, ул. Айни, 299/1, Физико-технический институт АНРТ. E-mail: [email protected]
микропорошка Си20 и 2 вес.% ПЭПК в бензоле. Толщина пленок композита ПЭПК-Си20 была в пределах 50-60 мкм.
На рис.1 приведена конструкция датчика перемещений (Ag/ПЭПК-Cu2O/Ag). Датчик состоит из стеклянных опор (1,2 и 3), пленки композита (4), электродов из серебра (5 и 6), выводов (7 и 8), эластичной полимерной подложки (9), стеклянных пластинок (10 и 11), стального цилиндрического контакта (12) и микрометрического механизма (13). Величина перемещений определялась по микрометрическому механизму (13), стержень которого мог перемещаться в вертикальном направлении вниз или вверх. Перед началом измерений щель между подложкой (1) и пленкой композита (4) делалась равной нулю. Сопротивление датчика на постоянном токе измерялось стандартным цифровым прибором.
Рис.1. Конструкция датчика перемещений (Ag/ПЭПК-Cu2O/Ag).
На рис.2 приведена зависимость сопротивления датчика в относительных единицах от величины перемещений: Я и R - величины сопротивлений датчика при нулевом значении перемещения и выше нуля. Начальное сопротивление датчика (Ио) при комнатной температуре было равно 600 М^. Как видно из рис. 2, с возрастанием величины перемещений в интервале 0...20 мкм сопротивление датчика снижается в три раза.
1,2
Сопротивление, И/Ко
1
0,8
0,6
0,4 ' '
0.2
Перемещение, рт
0
0 5 10 15 20 25
Рис.2. Зависимость сопротивления датчика в относительных единицах от величины перемещений.
В первом приближении механизм проводимости к данной композиции можно объяснить с использованием перколяционной теории [9]. В данном случае перенос носителей заряда с одного участка (центра локализации) на другой осуществляется термически активированными перескоками. Величина эффективной проводимости (о) определяется по следующему выражению:
о = 1 / L Z,
где L и Z - соответственно расстояние между центрами локализации и минимальное среднее сопротивление переносу носителя между этими центрами. При возрастании величины перемещения пленка композита сжимается между эластичной подложкой и стеклянной опорой, вследствие чего L и Z уменьшаются. Это приводит к росту проводимости и соответственно снижению сопротивления датчика, что и наблюдалось экспериментально (рис.2).
Таким образом, разработан, изготовлен и исследован чувствительный датчик небольших перемещений, который может использоваться в научных исследованиях, промышленности, сельском хозяйстве и в геофизике.
Поступило 18.09.2010 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. James W. Dally, William F. Riley, Kenneth G. McConnell. Instrumentation for engineering measurements, Second edition, John Willey & Sons, Inc., New York, U.S.A.,1993.
2. Colin D.Simpson. Industrial electronics, Prentice Hall, Inc., New Jersey, U.S.A., 1996.
3. Mitsuo Ai, Michitaka Shimazoe, Koh Soeno, Motohisa Nishihara, Akio Yasukawa, Yozo Kanda, -Cantiliver-type displacement sensor using diffused silicon strain gauges. Sensors and Actuators, 1981-1982, v.2, pp. 297-307.
4. Karimov Kh.S., Akhmedov K., Qazi I., Khan T A. - JOAM, 2007 v.9,№.9, рр.2867-2871.
5. Musa A.O., Akomolafe T., Carter M.J. Solar Energy Materials and Solar Cells, 1998, 51, рр.305-316.
6. Mohemmed Shahid N.A., Abdul Khadar M. Thin Solid Films, 2008, 516, рр.6245-6252.
7. Каримов Х.С. Электрофизические свойства низкоразмерных органических материалов при деформации: Автореф. дисс... д.ф.-м.н. - Ташкент, 1994.
8. Ахмедов Х.М. Синтез, свойства и применение карбазолил содержащих полимеров: Автореф. дисс. д.х.н. - Душанбе, 1998.
9. Brabec C.J., Dyakonov V., Parisi J., Sariciftci N.S. Organic Photovoltaics. Concepts and Realization, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2003.
Н.С.Каримов, ^.М.Ахмедов, З.М.Рахматова, И.Хамидов,А.Матин*, Адам Хан* ДАТЧИКИ КУЧИШ^О ДАР АСОСИ КОМПОЗИТНОМ ПОЛИ - N - ЭПОКСИПРОПИЛКАРБАЗОЛ ВА СщО
Маркази та^циц ва татбици манба^ои барцароршавандаи энергияи назди Институти физика ва техникаи ба номи С.У.Умарови Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон, *Институти технология ва илмх;ои бунёдии ба номи Гулом Ис^оц Хон, Покистон
Дар мак,ола датчики хдссоси кучишх,ои хурд, коргард, тайёр ва тадк,ик, шудаст, ки он дар тадк,ик,отх,ои илмй, саноат, хочагии кишлок, ва дар геофизика истифода шуда метавонад.Нишон дода шудааст, ки дар вакти тагйир додани кучишх,о дар фосилаи 0-20 мкм муковимати датчик се маротиба кам мешавад.
Калима^ои калиди: датчики кучишуо - фотоконденсаторуо -муцовимати датчик.
Kh.S.Karimov, Kh.M.Akhmedov, Z.M.Rahmatova, I.Khamidov, A.Mateen*, Adam Khan* DISPLACEMENT TRANSDUCER ON THE BASE OF POLY-N-EPOXYPROPYLCARBAZOLE AND Cu2O COMPOSITE
Center of Research anl Usage of Renewable Sources of Energy under the S.U. Umarov Physical-Technical Institute, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan,
*Gulam Iskhak Khan Institute of Technology and Applied Sciences, Pakistan
In this work it was described the fabrication and investigation of the displacement transducer based on poly-N-epoxypropylcarbazole and Cu2O . It was found that the resistance of the transducer was decreased in average on three times as displacement was changed in the interval of 0 .20 цш.
Key words: sensors of the displacement - photo capacitors - resistance of the sensor.
