Радиометарски детектор базиран на биолошким структурама-МЕМС/НЕМС
Radiometric detector based on biological structures - MEMS / NEMS
Author
Simović-Pavlović, MarinaMentor
Micković, DejanCommittee members
Vasiljević, DarkoElek, Predrag
Pavlović, Vera
Todić, Ivana
Metadata
Show full item recordAbstract
Инфрацрвени детектори су у великој употреби данас и имају примену на разним пољима.
Посебну примену термовизија има у војне сврхе. Термалне камере формирају слику користећи
инфрацрвено зрачење, а формирана слика детектованог зрачења назива се термограм. Како
сваки објекат са температуром изнад апсолутне нуле емитује инфрацрвено зрачење,
термографија је метода посматрања објеката са или без видљивог осветљења. Ове
карактеристике чине термовизијске уређаје ефикасним при ноћном осматрању и осматрању у
условима смањене видљивости.
Постоје две велике групе инфрацрвених детектора, термални и квантни. Термални
детектори су, иако дају спорији одговор, практичнији за примену јер не захтевају хлађење,
односно раде на собној температури. Самим тим, њихова производња је једноставнија и
приступачнија.
Константна је потреба за проналажењем нових механизама-сензора, који ће превазићи
досадашња ограничења детекције термалног зрачења. Један од начина детекције тзв.
топлотног (термалног) електромагнетно...г зрачења је заснован на употреби радиометарског
ефекта. Ради се о термо-механичкој појави која настаје када је електромагнетно зрачење
апсорбовано на комаду материјала, тако да се на њему формира градијент температуре, док је
истовремено средњи слободни пут молекула окружујућег гаса приближно једнак
карактеристичној димензији комада материјала.
Радиометарски ефекат је заснован на чињеници да молекули окружујућег гаса односе
много више механичког импулса са топлије стране материјала у односу на хладнију страну,
чиме се формирају силе које називамо радиометарске, а које доводе до механичког померања
материјала. Претварање енергије невидљивог електромагнетног зрачења у механички померај
микромеханичког детекционог система, и то таквог да је величина механичког помераја
сразмерна енергији, мери се методом холографске интерференције.
Крила различитих лептира коришћена су за конструисање новог инфрацрвеног
сензорног система. Коришћена је промена спектра боја на природној структури крила лептира,
изазвана термалним утицајем, и фотофоретски ефекат као последица процеса. Истраживање је
обухватило одређивање утицаја различитих параметара на ефекат и довело је до значајних
закључака у правцу једнозначног одређивања главног фактора који одређује јачину
фотофоретског ефекта, коругацију биофотонске структуре.
Дисертација, односно њен крајњи резултат у виду предлога радиометарског детектора
базираног на биолошким структурама, је моћна комбинација спознаје до сада неоткривених
својстава ефекта термофорезе у теоријском и експериманталном смислу и практичне,
инжењерске примене и пласирања холографске методе за иновативна испитивања биолошких
и других нано материјала, односно посматрања динамике нано процеса.
Today, infrared detectors are broadly used for various applications. Thermal imaging has a
particular application for military purposes. Thermal cameras form an image using infrared radiation,
and the created image of detected radiation is called a thermogram. Since every object with a
temperature above absolute zero emits infrared radiation, thermography observes entities without the
need for additional illumination. These features make thermal imaging devices effective at night and
in low visibility conditions.
There are two significant groups of infrared detectors, thermal and quantum. Although thermal
detectors give a slower response, they are more practical because they operate at room temperature
without the need for additional cooling, and their manufacturing is more straightforward and less
expensive.
However, there is a constant need to find new mechanisms, which will overcome the current
limitations in the detection of thermal radiation. One of the new ways to detect thermal ...radiation is
based on the radiometric effect. The radiometric effect is a thermo-mechanical phenomenon that
occurs when electromagnetic radiation is absorbed on a piece of material, so the temperature gradient
is formed on it. At the same time, the mean free path of the surrounding gas molecules is
approximately equal to the characteristic dimension of the material architecture or sub-architecture.
Since the molecules of the surrounding gas carry much more mechanical impulse from the
warmer side of the material compared to the colder side, thus forces called radiometric occur, which
leads to mechanical displacement. Shortly, the radiometric detector is intended to detect invisible
parts of the electromagnetic radiation spectrum, harnessing motions of submillimeter size particles
caused by interaction with surrounding gas atoms or molecules. The conversion of the energy of
invisible electromagnetic radiation into mechanical displacement is detected by the holographic
method.
The complex nanoarchitecture of butterflies’ wings offers the possibility of combining the
power of photonics with the chance of detecting infrared radiation by molding the photophoretic
effect. The strength of the photophoretic response is the function of nano-corrugation of natural
photonic structures, their size, and shape and that is the main findings of the research presented in
this thesis.
The result of this dissertation, ie a radiometric detector proposal based on biological structures,
is a powerful combination of knowledge of hitherto undiscovered properties of the thermophoretic
effect in theoretical and experimental terms and practical, engineering application of holographic
methods for innovative testing of biological nanomaterials and observations of nano process
dynamics.