Luận án Nghiên cứu phát triển hệ thống cảm biến điện dung ứng dụng phát hiện độ nghiêng và vi hạt

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG ỨNG DỤNG PHÁT HIỆN ĐỘ NGHIÊNG VÀ VI HẠT

Ngành:

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, MÃ SỐ: 9.52.02.03

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu, thiết kế, và phát triển hệ thống cảm biến điện dung, một công cụ hữu ích trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, y học, sinh học nhờ độ nhạy cao, khả năng giám sát tại chỗ và chi phí thấp. Cảm biến điện dung, đặc biệt là loại vi cơ điện tử (MEMS), được đánh giá cao với khả năng cảm nhận nhiều loại vật liệu mà không cần tiếp xúc, không bị giới hạn kích thước và có thể hoạt động trong khoảng cách lớn.

Mục tiêu chính của luận án là xây dựng, thiết kế và chế tạo hệ thống cảm biến điện dung vi sai không tiếp xúc cho hai ứng dụng cụ thể: phát hiện độ nghiêng và phát hiện vi hạt trong kênh vi lỏng. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm thiết kế và mô phỏng bằng các phần mềm chuyên dụng (LEdit, COMSOL, Orcad, Altium), cùng với kỹ thuật vi chế tạo MEMS trên các nền vật liệu như silicon, thủy tinh, polymer, ITO và kim loại.

Luận án trình bày kết quả nghiên cứu về hai cấu trúc cảm biến độ nghiêng. Cấu trúc hình trụ sử dụng hỗn hợp điện môi hai pha lỏng/khí, sau khi tối ưu kích thước điện cực, đạt phạm vi tuyến tính [-70° ÷ +70°] với độ nhạy 12,4 mV/° trên trục x và [-30° ÷ +30°] với độ nhạy 34,8 mV/° trên trục y. Cấu trúc hình cầu đối xứng, được chế tạo bằng công nghệ in 3D, cho phạm vi tuyến tính [-70° ÷ +70°] và độ nhạy 115 mV/° trên cả hai trục. Ngoài ra, luận án còn thiết kế, mô phỏng và chế tạo cấu trúc cảm biến điện dung vi sai phát hiện độ dẫn điện bằng cặp tụ không tiếp xúc (CD-C4D) kết hợp thao tác điện di môi (DEP) để phát hiện hạt vi sinh học, cụ thể là tế bào ung thư cổ tử cung (HeLa). Cấu trúc này cho thấy sự thay đổi điện dung vi sai lên đến 3,4 pF, chứng minh khả năng phát hiện hiệu quả.

Những đóng góp này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi cho cảm biến điện dung vi sai trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp ô tô, công trình dân sự và quân sự, công nghệ sinh học, y học và chẩn đoán bệnh sớm.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU
  • Lý do nghiên cứu
  • Mục đích nghiên cứu
  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
  • Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
  • Phương pháp nghiên cứu
  • Cấu trúc của luận án
• CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU
  • 1.1. Giới thiệu chung
  • 1.2. Nguyên tắc hoạt động của cảm biến điện dung
  • 1.3. Cảm biến điện dung đơn
  • 1.4. Cảm biến điện dung vi sai
  • 1.5. Một số đặc điểm của cảm biến điện dung
  • 1.6. Các nghiên cứu liên quan và hướng nghiên cứu của luận án
  • 1.8. Kết luận chương
• CHƯƠNG 2 CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG PHÁT HIỆN ĐỘ NGHIÊNG
  • 2.1. Giới thiệu
  • 2.2. Cảm biến điện dung phát hiện độ nghiêng hai trục 2D
    • 2.2.1. Giới thiệu
    • 2.2.2. Thiết kế và nguyên lý làm việc của cảm biến điện dung phát hiện độ nghiêng dựa trên cấu trúc hai pha lỏng/khí
    • 2.2.3. Mô phỏng hoạt động của cấu trúc
    • 2.2.3. Thực nghiệm
  • 2.3. Cảm biến điện dung phát hiện độ nghiêng hai trục in 3D
    • 2.3.1. Cấu trúc và mô phỏng cảm biến
    • 2.3.2. Thực nghiệm
  • 2.4. Kết luận chương
• CHƯƠNG 3 CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG PHÁT HIỆN VI HẠT
  • 3.1. Mở đầu
  • 3.2. Thiết bị vi sai phát hiện độ dẫn điện bằng cặp tụ không tiếp xúc để phát hiện vi hạt trong kênh vi lỏng
    • 3.2.1. Nguyên tắc làm việc của bộ phát hiện độ dẫn điện bằng điện dung vi sai của cặp tụ không tiếp xúc - DC4D (Differential capacitively coupled contactless conductivity detection)
    • 3.2.2. Chế tạo và thiết lập phép đo
  • 3.3. Thao tác tế bào trong chất lỏng dựa trên nguyên tắc điện di điện môi - DEP
  • 3.4. Phương pháp thực hiện phát hiện và bắt giữ tế bào Hela
  • 3.5. Kết luận chương
• KẾT LUẬN
  • Những đóng góp chính của luận án:
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ