Застосування напівпровідникового кристала gаsе як термометричної речовини для термометра на основі ядерного квадрупольного резонансу

Реферат: Застосування напівпровідникового кристала GaSe як термометра на основі ядерного квадрупольного резонансу. термометричної речовини для UA 84872 U (54) ЗАСТОСУВАННЯ НАПІВПРОВІДНИКОВОГО КРИСТАЛА GаSе ЯК ТЕРМОМЕТРИЧНОЇ РЕЧОВИНИ ДЛЯ ТЕРМОМЕТРА НА ОСНОВІ ЯДЕРНОГО КВАДРУПОЛЬНОГО РЕЗОНАНСУ UA 84872 U UA 84872 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі термометрії, зокрема для вимірювання температури, і знайде використання в приладобудуванні при створенні низки датчиків, які знайдуть застосування в науці, техніці та медицині. Відомо, що сполуку GaSe можна застосовувати як матеріал для датчика температури, принцип якого заснований на температурній залежності електричного опору напівпровідникового кристала [1-3]. В роботі [1] спостерігається залежність питомого опору від температури, що особливо сильно виражена в діапазоні 10-110 К. При подальшому зниженні температури зміна опору різко слабшає. В роботі [2] показано, що електропровідність неопроміненого електронами кристала GaSe монотонно змінюється більш ніж на порядок в діапазоні 100-500 К. Залежність електропровідності від температури може використовуватися для створення термометра опору на основі нелегованого напівпровідникового кристала GaSe, що випливає також з роботи [3]. Конструкція і температурна залежність опору датчика, виготовленого з селеніду галію представлена в роботі [4]. Цьому аналогу характерні певні недоліки. Хоча датчик має високу чутливість в широкому температурному інтервалі, проте його результати вимірювання є невідтворюваними через наявність поперечних провідних містків між атомними шарами. Включення їх у процес провідності при підвищених температурах призводить до нелінійної температурної залежності і нестабільності показів термометра опору на шаруватому кристалі GaSe. Наступним суттєвим недоліком термометра, заснованого на температурній залежності електропровідності GaSe, є необхідність калібрування кожного виготовленого датчика за допомогою еталонного зразку. Причина цього полягає в залежності електроопору кристала від геометрії зразка і технології нанесення струмознімальних контактів. Відомо, що в ряді твердих речовин спостерігається температурна залежність резонансної частоти ядерного квадрупольного резонансу (ЯКР), що дає можливість однозначно пов'язати вимірювану частоту з температурою досліджуваного об'єкта [5]. Проведені нами дослідження показали, що в кристалах GaSe спостерігається відносно сильна температурна залежність частоти згаданих квадрупольних ядер, а виміряна частота є показником температури. В області температур 250-390 К температурна залежність частоти близька до лінійної і тільки при подальшому зниженні (до температури рідкого азоту) спостерігається помітне відхилення від лінійної залежності. Як найближчий аналог вибраний патент на винахід [6], де для термометра на явищі ЯКР як термометричну речовину застосовують хлорат калію. Незважаючи на очевидні переваги: висока чутливість і широкий температурний діапазон вимірювань, використання хлорат калію в термометрії має наступні недоліки. Технологія приготування робочої речовини потребує обережності через її детонуючі властивості. При механічній обробці, підвищених температурах, а також потраплянні сторонніх домішок, хлорат калію (бертолетова сіль) стає вибухонебезпечною хімічною сполукою [7]. Іншим недоліком даної термометричної речовини є гігроскопічність. При тривалому зберіганні або використанні речовини без герметизації через наявність вологи вона стає непридатною для практичного використання в ЯКР-термометрах. В основу корисної моделі поставлено задачу створити термометр, в якому перелік вищенаведених недоліків відсутній. Поставлена задача вирішується застосуванням напівпровідникового кристала GaSe як термометричної речовини для термометра на основі ядерного квадрупольного резонансу. Заявлена сукупність ознак з існуючого рівня техніки винахідникам не відома. У корисній моделі запропоновано принципово нове рішення застосування напівпровідникового кристала GaSe як термометричної речовини для термометра на основі ядерного квадрупольного резонансу. До такого висновку привів результат значного об'єму теоретичних розрахунків та експериментальних досліджень. Напівпровідниковий кристал GaSe позбавлений недоліків властивих речовині найближчого аналога. Для стеження за температурою може застосовуватись або стаціонарний метод ЯКР, або імпульсний з швидким Фур'є - перетворенням. Оскільки частота ЯКР при постійному тиску навколишнього середовища залежить тільки від температури і визначається фундаментальними константами даної речовини, то дана термометрична речовина не потребує калібрування. При будь-яких конфігураціях геометрії зразка - датчика співвідношення "частота температура" пов'язані однозначно і температурна шкала визначається вибором первинного еталона температури. Термометр на основі ЯКР ядер галію в GaSe може знайти застосування при калібруванні контактних термометрів виготовлених з термопар або виконаних на основі напівпровідникових термометрів опорів, а також в інших випадках, де необхідна відтворена температурна шкала для прецизійного стеження за зміною температури об'єкта або навколишнього середовища. 1 UA 84872 U 5 10 15 20 Джерела інформації: 1. Pashayev A.M. Hopping conductivity in GaSe monocrystals at low temperatures. / A.M. Pashayev, A.R. Gadjiyev, T.B. Tagiyev, T.M. Abbasova // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics.-2001. - Vol. 4, № 4. - P. 287-289. 2. Исмаилов А.А. Влияние генерационно-рекомбинационных процессов на электропроводность монокристаллов GaS и GaSe, облученных електронами. / А.А. Исмаилов, Г.И. Исаков, Н.Д. Ахмедзаде, М.М. Ширинов // Международный научный журнал "Альтернативная энергетика и экология", НТЦ "ТАТА".-2010. - № 6 (86). - С. 48-51. 3. Гейдаров А. Электрические свойства CaSe полученного косвенным методом из газовой фазы / А. Гейдаров // Журнал неорганической химии.-2007. - Т. 52, № 10. - С. 1618-1620. 4. Абдулаев Г.Б. Анизотропия электрических свойств селенида индия / Г.Б. Абдулаев, С.М. Атакишиев, Г.А. Ахундов // Некоторые вопросы экспериментальной физики.-1977. - № 6. - С. 3546. 5. Горбатий В.Р. Сучасний стан ЯКР термометрії / В.Р. Горбатий // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции SWORLD: Національний університет "Львівська політехніка".-2010. - Т.2, № 3. - С. 48-50. 6. Lužnik Janko. Merilnik temperature in temperaturnih gradientov ν majhnih vzorcih z metodo jedrske kvadrupolne resonance. / Janko Lužnik, Janez Pirnat, Zvonko Trontelj. Patent SI 22594 A.2009. 7. Филов В.А. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов V-VIII групп. Справочник / В.А. Филов. - Л.: Химия, 1989. - 592с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Застосування напівпровідникового кристала GaSe як термометричної речовини для термометра на основі ядерного квадрупольного резонансу. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2