ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МАГНИТОИНДУКТИВНЫХ ДАТЧИКОВ НА НАНОТРУБКАХ РАЗЛИЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ1

Браже Рудольф Александрович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики, Ульяновский государственный технический университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32), brazhe@ulstu.ru
Савин Андрей Федорович, аспирант, Ульяновский государственный технический университет (Россия,
г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32), a_f_savin@ mail.ru

681.586.78

Актуальность и цели. Магнитоиндуктивные датчики широко используются в прецизионной навигации в качестве электронных компасов и датчиков положения объектов. Благодаря простоте конструкции, высокой чувствительности в сочетании с малыми рабочими токами и низким уровнем шумов они представляют интерес и для биомагнитного приборостроения при условии уменьшения размеров чувствительных элементов до наномасштабных величин. Целью работы является обоснование возможности решения этой задачи путем применения нанотрубных соленоидов с сердечником из ферромагнитной нанопроволоки.
Материалы и методы. Предложена конструкция магнитоиндуктивного датчика на основе релаксационного генератора на операционном усилителе с чувствительным элементом в виде соленоида из электропроводящей супракристаллической нанотрубки. Сердечник соленоида выполнен из ферромагнитной нанопроволоки и изолирован от соленоида посредством диэлектрической супракристаллической нанотрубки.
Результаты. Рассчитаны индуктивность, активное сопротивление чувствительного элемента магнитоиндуктивного датчика на основе супракристаллических нанотрубок и постоянная времени RL-цепи релаксационного генератора при комнатной температуре. Чувствительный элемент имеет диаметр 1,76 нм и длину 1 мкм.
Выводы. Создание чувствительных элементов магнитоидуктивных датчиков наномасштабных размеров на основе нанотрубок различной конфигурации технически возможно в рамках современных нанотехнологий.

Ключевые слова

чувствительные элементы, магнитоиндуктивные датчики, нанотрубки, биомагнитное приборостроение, магниторецепторы.

 Скачать статью в формате PDF

1. Bratland, T. A new perspective on magnetic field sensing / T. Bratland, M. J. Caruso,R. W. Schneider, C. H. Smith // Sensors. – 1998. – Vol. 5, № 12. − P. 34−46.
2. Бараночников, М. Л. Микромагнитоэлектроника. Т. 2. – М. : ДМК Пресс,2014. – 888 с.
3. Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Т. 2 / под. ред. Дж. Киршвинка, Д. Джонса, Б. Мак-Фаддена. – М. : Мир, 1989. – 525 с.
4. Браже, Р. А. Компьютерное моделирование электрических свойств супракристаллических нанотрубок / Р. А. Браже, А. А. Каренин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. – 2011. − № 3 (19). – С. 131−139.
5. Браже, Р. А. Физика супракристаллов / Р. А. Браже. -Ульяновск : УлГТУ, 2012. –162 с.
6. Браже, Р. А. Математическое моделирование спиральных супракристаллических нанотрубок / Р. А. Браже, А. Ф. Савин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. – 2015. − № 1 (33). –С. 120−129.
7. Holmes, J. D. Supercritical fluid synthesis of metal and semiconductor nanomaterials /J. D. Holmes, D. M. Lyons, K. J. Ziegler // Chem. Eur. J. – 2003. – Vol. 9, № 10. –P. 2144–2150.
8. Kazakova, O. Room-temperature ferromagnetism in Ge1-xMnx nanowires / O. Kazakova, J. S. Kulkarni, J. D. Holmes, S. O. Demokritov // Phys. Rev. B. – 2005. – Vol. 72. – P. 094415-1–094415-6.
9. Chen, J.-H. Intrinsic and extrinsic performance limits of grapheme devices on SiO2 / J.-H. Chen, C. Jang, S. Xiao, M. Ishigami, M. S. Fuhrer // Nature Nanotechnology. – 2008. – № 3. – P. 206–209.
10. Coiled carbon nanotubes as self-sensing mechanical resonators / A. Volodin, D. Buntinx, M. Ahlskog, A. Fonseca, J. B. Nagy, C. Van Haesendonk // Nano Lett. –2004. – Vol. 4, № 9. – P. 1775–1779.
11. Sun, B. Preparation, electrical conductivity, photocurrent and wettability of carbon microcoils / B. Sun, H.-X. Yin, M.-M. Li, Y.-Z. Long, C.-Z. Gu // Adv. Mater. Research. –2012. – Vol. 465. – P. 125–131.
12. Nikita, M. Growth and properties of carbon microcoils and nanocoils / M. Nikita // Crystals. – 2014. – № 4. – P. 466–489.