Стаття зосереджена на дослідженні особливостей безперервного моніторингу змін кольорових характеристик інформаційних каналів пасивних сенсорів тиску та температури, аналізуючи спектральний розподіл інтенсивності світла, що визначає забарвлення рідкого кристалу залежно від умов експлуатації. Основним напрямком застосування таких давачів може бути «скрінінг» хімічно-активних середовищ, розгортання тимчасових об’єктів короткострокового використання в умовах пандемії, або воєнних дій тощо. Функціональною складовою пасивного, безконтактного сенсора є поєднання пружньої кремнійової мембрани та холестеричних рідких кристалів в якості оптично-активного середовища, які, внаслідок дії зовнішнього фізичного фактора, такого як тиск або температура, піддаються до перебудови геометрії спіралі надмолекулярної будови плівки. При цьому важливо враховувати співвідношення між корисним і паразитним випромінюванням, що проходить через первинний перетворювач. Це співвідношення здебільшого визначається відносною площею однорідної полімерної ділянки та області з вкрапленнями рідкого кристалу в поперечному перерізі перетворювача. Визначено, що використання оптичних методів діагностики у спектроскопії, в т.ч. колорометрії, відкриває можливість проводити моніторинг середовищ, речовин та їх електрофізичних властивостей не використовуючи електрично-індуковані способи, що спричиняють високий рівень електромагнітних завад. Низька вартість і відсутність енергоспоживання забезпечують високу конкурентоспроможність таких пристроїв. Запропоновано використовувати для моніторингу апаратно-програмний комплекс, що містить спектрометр і дозволяє в режимі реального часу відображати, а також записувати отриману інформацію у масиви файлів різні оптичні характеристики такі як спектральний розподіл інтенсивності, індекс передачі кольору тощо. Ці характеристики, що попередньо калібровані до впливу зовнішніх фізичніх чинників дають інформацію про вимірювану величину. Встановлено, що в діапазоні довжин хвиль від 370 до 650 нм запропонований метод оцінки колірних характеристик зразків за допомогою оптично-активних середовищ рідких полімерних холестеричних кристалів дозволяє оцінити параметри спектрального розподілу інтенсивності з достатньою чутливістю. Так, для довжин хвиль від 450 до 550 нм максимум інтенсивності становить І=1,4 відн.о., а роздільна здатність методу лежить в інтервалі хвиль до 100 нм, тобто при зміні довжини хвилі на 10 nm інтенсивність зростає на 0,14 відн.о.
[1]. S. Siew, B.Li, F.Gao et al. Review of Silicon Photonics Technology and Platform Development. Journal of Lightwave Technology 39(13): 4374-4389 (2021) https://doi.org/10.1109/JLT.2021.3066203
[2]. S. Y. Han, K. S. Jeon, S. M. Seo, M. S. Seo, S.-W. Jung. Design of a Multifunctional Double-Active-Layer Thin-Film Transistor for Photosensing Applications. IEEE Electron Device Letters 34(1): 66–68 (2013). https://doi.org/10.1109/LED.2012.2223811
[3]. Anatoly Druzhinin, Inna Maryamova, Igor Kogut, Yuriy Khoverko. Polysilicon on Insulator Structures for Sensor Application at Electron Irradiation & Magnetic Fields. Advanced Materials Research 276: 109–116 (2011). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ AMR.276.109
[4]. K.Tai, Ya-Hsiang, Lu-Sheng Chou, Hao-Lin Chiu. Gap-Type a-Si TFTs for Front Light Sensing Application. Journal of Display Technology 7(12): 679–683 (2011). https://opg.optica.org/jdt/abstract.cfm?URI=jdt-7-12-679
[5]. Druzhinin, A., Ostrovskii, I., Khoverko, Y. et al. Nanoscale polysilicon in sensors of physical values at cryogenic temperatures. Journal of Material Science: Materials in Electronics 29(10): 8364–8370 (2018). https://doi.org/10.1007/s10854-018-8847-0
[6]. S. Ertman; K. Rutkowska; T. Woliński et al. Recent Progress in Liquid-Crystal Optical Fibers and Their Applications in Photonics. Journal of Lightwave Technology 37(11): 2516-2526 (2019) https://doi.org/10.1109/JLT.2018.2869916
[7]. T. H. Dudok, V. I. Savaryn, O. M. Krupych, A. V. Fechan, E. Lychkovskyy, V. V. Cherpak, B. Pansu, and Yu. A. Nastishin. Lasing in imperfectly aligned cholesterics. Applied optics 54 (33): 9644 – 9653 (2015). https://doi.org/10.1364/AO.54.009644
[8]. Aksimentyeva O., Konopelnik O., Cherpak V., Stakhira P., Fechan A., Hlushyk I. Conjugated polyaminoarenes as electrochromic layers for non-emissive displays. Ukrainian Journal of Physical Optics 6(1): 27 – 32 (2005). https://doi.org/10.3116/16091833/6/1/27/2005
[9]. Jun Namkung, Lindquist R., Abu-Abed A. Application to shear force sensors by homeotropic liquid crystal (LC) orientation (non-reviewed). IEEE Southeastcon 80 (2008) https://doi.org/10.1109/SECON.2008.4494260
[10]. Fechan A., Khoverko Yu., Dyhdalovych, T., Daliavskyi V. Contactless dual-function sensors based on Si-cholesteric liquid crystal systems for optical identification// Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2024, (35):1237. https://doi.org/10.1007/s10854-024-13005-5
[11]. Schanda, J. CIE colorimetry. Colorimetry: Understanding the CIE system, 25-78 (2007).
[12]. Changjun Li, Guihua Cui, Manuel Melgosa, Xiukai Ruan, Yaoju Zhang, Long Ma, Kaida Xiao, and M. Ronnier Luo. Accurate method for computing correlated color temperature. Opt. Express 24: 14066-14078 (2016). https://doi.org/10.1364/OE.24.014066
[13]. Sophie Jost, Coralie Cauwerts, and Pascale Avouac. CIE 2017 color fidelity index Rf: a better index to predict perceived color difference?. J. Opt. Soc. Am. A 35: B202-B213 (2018) https://doi.org/10.1364/JOSAA.35.00B202
[14]. T. R.Wolinski, W.J.Bock, A. Jarmolik. Development of fiber optic liquid crystal sensor for pressure measurement. Instrumentation and Measurement Technology Conference, IMTC/95, 1995, 664. https://doi.org/10.1109/19.755041
[15]. Lei-Guang Chen, Dong-Yi Wu, Lu, M.S.-C. An integrated micromanipulation and biosensing platform built in glass-based LTPS TFT technology. Journal of Micromechanics and Microengineering 22(9): 095010 (2012). https://doi.org/10.1088/0960-1317/22/9/095010
[16]. J. Namkung, R.Lindquist , A.Abu-Abed. Application to shear force sensors by homeotropic liquid crystal (LC) orientation. IEEE Southeastcon 80: 2008 https://doi.org/10.1109/SECON.2008.4494260
[17]. Skosar, v., Burylova, N., Voroshilov, O., & Burylov, S. Development of an Optical Temperature Sensor on Liquid Crystals. Science and Innovation 19(5): 34–42 (2023). https://doi.org/10.15407/scine19.05.034
[18]. Asadchikov V., Buzmakov A., Chukhovskii F. et al. X-ray topo-tomography studies of linear dislocations in silicon single crystals, Journal of Applied Crystallography 51:1616–1622. (2018) http://dx.doi.org/10.1107/S160057671801419X
[19]. M. Ganchenkova, R. M. Nieminen. Mechanical Properties of Silicon Microstructures. Handbook of Silicon Based MEMS Materials and Technologies (Second Edition) Micro and Nano Technologies, Pages 253-293 (2015) https://doi.org/10.1016/B978-0-323-29965-7.00009-9
[20]. X. Han. Investigate the mechanical property of nanopolycrystal silicon by means of the nanoindentation method. AIP Advances 10, 065230 (2020) https://doi.org/10.1063/5.0002785