RU120139U1 - A WELL SENSOR CONTAINING A PRESSURE NANOSENSOR, A TEMPERATURE NANOSENSOR, A CHEMICAL NANOSENSOR - Google Patents
A WELL SENSOR CONTAINING A PRESSURE NANOSENSOR, A TEMPERATURE NANOSENSOR, A CHEMICAL NANOSENSOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU120139U1 RU120139U1 RU2012114461/03U RU2012114461U RU120139U1 RU 120139 U1 RU120139 U1 RU 120139U1 RU 2012114461/03 U RU2012114461/03 U RU 2012114461/03U RU 2012114461 U RU2012114461 U RU 2012114461U RU 120139 U1 RU120139 U1 RU 120139U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- sensor
- nanosensor
- nanostructure
- dielectric
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
1. Скважинный нанодатчик, содержащий подложку с нанесенной на нее электропроводящей основой и диэлектрический материал, покрывающий, по крайней мере, часть проводящей основы и наноструктуры, нанесенные на диэлектрический материал между электропроводящими слоями, отличающийся тем, что в качестве наноструктуры используется диэлектрический полимерный пленочный материал, содержащий в своей структуре, по крайней мере, одну квантово-размерную структуру и позволяющий контролировать физические параметры скважинного флюида (химический состав (вода/нефть/газ), давление, температуру. ! 2. Скважинный нанодатчик по п.1, отличающийся тем, что в качестве наноструктуры, чувствительной к химическому составу скважинного флюида (вода/нефть/газ), используется пленка диэлектрического полимера с боковыми функциональными группами, содержащая, по крайней мере, два слоя и металлические слои, встроенные между этими слоями, не контактирующие между собой. ! 3. Скважинный нанодатчик по п.1, отличающийся тем, что в качестве наноструктуры, чувствительной к давлению, используется одна пленка из диэлектрического полимера с боковыми функциональными группами с нанесенными на верхнюю и нижнюю поверхности пленки металлическими слоями, соединенную с измеряемой средой посредством упругой мембраны. ! 4. Скважинный нанодатчик по п.1, отличающийся тем, что в качестве наноструктуры, чувствительной к температуре, используется одна пленка из диэлектрического полимера с боковыми функциональными группами с нанесенными на верхнюю и нижнюю поверхности пленки металлическими слоями, соединенную с измеряемой средой посредством металлического тепло� 1. A borehole nanosensor containing a substrate coated with an electrically conductive base and a dielectric material covering at least a part of the conductive base and nanostructures applied to the dielectric material between the electrically conductive layers, characterized in that a dielectric polymer film material is used as the nanostructure, containing in its structure at least one quantum-dimensional structure and allowing control of the physical parameters of the borehole fluid (chemical composition (water / oil / gas), pressure, temperature.! 2. The borehole nanosensor according to claim 1, characterized in that As a nanostructure sensitive to the chemical composition of the well fluid (water / oil / gas), a dielectric polymer film with lateral functional groups is used, containing at least two layers and metal layers embedded between these layers, not in contact with each other.! 3. Downhole nanosensor according to claim 1, characterized in that As a pressure sensitive nanostructure, a single film of a dielectric polymer with side functional groups with metal layers deposited on the upper and lower surfaces of the film is used, connected to the measured medium by means of an elastic membrane. ! 4. Downhole nanosensor according to claim 1, characterized in that one film of a dielectric polymer with side functional groups with metal layers deposited on the upper and lower surfaces of the film, connected to the measured medium by means of metallic heat, is used as the temperature-sensitive nanostructure.
Description
Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности, в частности к устройствам контроля за разработкой нефтяных и газовых месторождений.The utility model relates to the oil and gas industry, in particular to devices for monitoring the development of oil and gas fields.
Известен скважинный датчик [RU 2384699 С2, МПК E21B 47/10 (2006.01), 07.04.2008 г.], содержащий полый цилиндрический металлический корпус с расположенным в его полости датчиком термоанемометра, отличающийся тем, что часть наружной поверхности корпуса со стороны открытого окончания его выполнена конической и установлена в скважинном приборе через электрический изолятор в виде усеченного конуса из материала с высокой механической прочностью и малой диэлектрической проницаемостью, остальная наружная поверхность корпуса покрыта диэлектрическим слоем, устойчивым к воздействию агрессивной скважинной среды, во внутреннем объеме корпуса дополнительно установлен акустический датчик, в виде полого цилиндрического пьезоэлемента с обеспечением жесткого механического контакта с внутренней поверхностью корпуса и электрической изоляции от него, при этом датчик термоанемометра также электрически изолирован от корпуса, корпус подключен к электрической схеме как один из электродов цилиндрического проточного конденсатора.A well-known downhole sensor [RU 2384699 C2, IPC E21B 47/10 (2006.01), 04/07/2008] containing a hollow cylindrical metal body with a hot-wire anemometer sensor located in its cavity, characterized in that a part of the outer surface of the body is on the side of its open end made conical and installed in the downhole tool through an electrical insulator in the form of a truncated cone from a material with high mechanical strength and low dielectric constant, the rest of the outer surface of the body is covered with a dielectric layer, Acceptable to the effects of an aggressive downhole environment, an acoustic sensor is additionally installed in the internal volume of the housing, in the form of a hollow cylindrical piezoelectric element providing hard mechanical contact with the internal surface of the housing and electrical isolation from it, while the hot-wire anemometer sensor is also electrically isolated from the housing, the housing is connected to an electrical circuit as one of the electrodes of a cylindrical flow capacitor.
Описанная конструкция обеспечивает совмещение в одной конструкции датчик влагосодержания, акустического датчика и датчика термоанемометра.The described design provides a combination in one design of a moisture content sensor, an acoustic sensor and a hot-wire anemometer sensor.
К недостаткам данного скважинного датчика необходимо отнести ограниченность функций контроля влагосодержания, акустического сигнала температуры. Критику надо изменить - три функции это уже много.The disadvantages of this downhole sensor are the limited functions of controlling moisture content and the acoustic temperature signal. The criticism needs to be changed - three functions is already a lot.
Нет контроля других параметров, необходимых на практике.There is no control of other parameters necessary in practice.
Известен электрохимический сенсор [US 2009/0178921, МПК E21B 49/08, G01N 27/26, G01N 27/49, 2009/0178921], содержащий, по-крайней мере, одну редокс систему, чувствительную к образцу для того, чтобы быть детектором, в которой по крайней мере две редокс системы ковалентно связаны с органической молекулой.Known electrochemical sensor [US 2009/0178921, IPC E21B 49/08, G01N 27/26, G01N 27/49, 2009/0178921] containing at least one redox system that is sensitive to the sample in order to be a detector in which at least two redox systems are covalently linked to an organic molecule.
1. Сенсор по п.1. в котором по крайней мере две редокс системы связаны с тем же полимером.1. The sensor according to claim 1. in which at least two redox systems are associated with the same polymer.
2. Сенсор по п.1. в котором чувствительной частью являются протоны или сульфиды.2. The sensor according to claim 1. in which the sensitive part is protons or sulfides.
3. Сенсор по п.1, в котором две редокс системы имеют максимум или пик редокс реакции при разных напряжениях.3. The sensor according to claim 1, in which two redox systems have a maximum or peak redox reaction at different voltages.
4. Сенсор по п.1, в котором полимер или полимеры сформованы на той же проводящей подложке.4. The sensor according to claim 1, in which the polymer or polymers are molded on the same conductive substrate.
5. Сенсор по п.4, в котором подложка из углерод содержащего материала.5. The sensor according to claim 4, in which the substrate is carbon-containing material.
6. Сенсор по п.1 нечувствительная редокс система имеет максимум или пик редокс реакции нечувствительный к изменению концентрации чувствительного образца.6. The sensor according to claim 1, the insensitive redox system has a maximum or peak redox reaction insensitive to changes in the concentration of the sensitive sample.
7. Сенсор по п.1, содержащий детектор приспособленный к измерению редокс потенциала указанных двух редокс систем при наличии образца и дя конвертирования измерений в индикаторный сигнал соответствующий концентрации указанного образца.7. The sensor according to claim 1, containing a detector adapted to measure the redox potential of these two redox systems in the presence of a sample and for converting the measurements into an indicator signal corresponding to the concentration of the specified sample.
8. Полимер для использования в электрохимическом сенсоре содержащий по крайней мере одну редокс систему чувствительную образцу чтобы детектировать его и по крайней мере одну редокс систему существенно не чувствительную для детектирования образца.8. A polymer for use in an electrochemical sensor containing at least one redox system sensitive to the sample in order to detect it and at least one redox system substantially insensitive for detection of the sample.
9. Скважинное оборудование для измерений характерных параметров скважинного флюида включающее в себя электрохимический сенсор по п.1.9. Downhole equipment for measuring the characteristic parameters of a well fluid including an electrochemical sensor according to claim 1.
10. Скважинное формирование образцов оборудования для измерения характеристических параметров скважинного флюида содержащий электрохимический сенсор по п.1.10. Borehole formation of equipment samples for measuring the characteristic parameters of a well fluid containing an electrochemical sensor according to claim 1.
11. Скважинное оборудование для измерения характеристических параметров скважинного флюида содержащий электрохимический сенсор по п.1. смонтированное на постоянной основе инсталлированной части скважины.11. Downhole equipment for measuring the characteristic parameters of a well fluid containing an electrochemical sensor according to claim 1. permanently mounted installed part of the well.
К недостаткам описанного устройства необходимо отнести следующее.The disadvantages of the described device must include the following.
Датчик в качестве детектирующего фактора использует анализ результатов химической и электрохимической реакции. Продукты реакции накапливаются в процессе проведения измерений и требуют своей утилизации. При этом датчик теряет свою чувствительность. Количество циклов измерения становится ограниченным а длительность циклов возрастает, что приводит к сокращению срока службы датчика или существенному усложнению технического решения обеспечивающего его жизнедеятельность. В условиях использования такой системы датчиков для целей диагностики состояния скважинного флюида по п.10-11, это свойство редокс систем существенно усложняет эксплуатацию скважин.The sensor uses the analysis of the results of a chemical and electrochemical reaction as a detecting factor. The reaction products accumulate during the measurement process and require their disposal. In this case, the sensor loses its sensitivity. The number of measurement cycles becomes limited and the duration of the cycles increases, which leads to a reduction in the service life of the sensor or a significant complication of the technical solution providing its vital activity. Under the conditions of using such a system of sensors for the purpose of diagnosing the state of the well fluid according to claim 10-11, this property of redox systems significantly complicates the operation of the wells.
Известно также органическое сенсорное устройство [US 2010/0028209 А1, МПК G01N 33/00 (2006.01), 04.02.2010], включающее в себя один слой и электропроводящий комплекс состоящий из молекулы А и допанта Д, в котором названная молекула А является электронным донором органической молекулы, акцептором органической молекулы, макромолекула способна формировать комплекс, который без допирования не является проводником, и потому указанный допант Д является электронным донором или электронным акцептором способным формировать соль или проводящий комплекс с молекулой А;An organic sensor device is also known [US 2010/0028209 A1, IPC G01N 33/00 (2006.01), 02/04/2010], which includes one layer and an electrically conductive complex consisting of molecule A and dopant D, in which said molecule A is an electron donor an organic molecule, an acceptor of an organic molecule, a macromolecule is capable of forming a complex that is not a conductor without doping, and therefore this dopant D is an electronic donor or an electronic acceptor capable of forming a salt or a conducting complex with a molecule ;
ii) основу в близком (непосредственном) контакте с названным органическим слоем, потому эта основа является инертной по отношению к органическому слою, и указанный органический слой является чувствительным к изменению давления, сдвига, деформации, газа или температуры.ii) the base is in close (direct) contact with the named organic layer, therefore, this base is inert with respect to the organic layer, and the specified organic layer is sensitive to changes in pressure, shear, deformation, gas or temperature.
2. Органическое сенсорное устройство по п.1, в котором молекула А выбирается из аценовых производных, короненовых производных, тетратиофульваленовых производных или тетрацианохинодиметан производные.2. The organic sensor device according to claim 1, wherein molecule A is selected from acene derivatives, coronene derivatives, tetratiofulvalene derivatives or tetracyanoquinodimethane derivatives.
3. Органическое сенсорное устройство по п.2 в котором молекула А выбирается из других производных….3. The organic sensor device according to claim 2, wherein molecule A is selected from other derivatives ....
4. Органическое сенсорное устройство по п.4, в котором в качестве летучего соединения выбирается йод, бром, бромид йода, хлор или иодид хлора.4. The organic sensor device according to claim 4, in which iodine, bromine, iodine bromide, chlorine or chlorine iodide are selected as the volatile compound.
5. Органическое сенсорное устройство по п.1, в котором выбор соли из тех же соединений.5. The organic sensor device according to claim 1, wherein the choice of salt from the same compounds.
7. Органическое сенсорное устройство по п.1, в котором базовая подложка является неорганической, металлической, полимерной или трехмерным кристаллом.7. The organic sensor device according to claim 1, in which the base substrate is an inorganic, metal, polymer or three-dimensional crystal.
8. Органическое сенсорное устройство по п.7, в котором подложка из окисла кремния или алюминия.8. The organic sensor device according to claim 7, in which the substrate is silicon oxide or aluminum.
9. Органическое сенсорное устройство по п.7, в котором подложка из непроводящего полимера.9. The organic sensor device according to claim 7, in which the substrate is a non-conductive polymer.
10. Органическое сенсорное устройство по п.9, в котором подложка из термопластического полимера или эластомера.10. The organic sensor device according to claim 9, in which the substrate is a thermoplastic polymer or elastomer.
11. Органическое сенсорное устройство по п.9, в котором подложка из поликарбоната, полиметилметакрилата, полиэтилена или полипропилена.11. The organic sensor device according to claim 9, in which the substrate is polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyethylene or polypropylene.
12. Органическое сенсорное устройство по п.1, в котором органическим слоем является (BEDT-TTF)2I3 и органический сенсор работает как сенсор давления, сдвига или деформации.12. The organic sensor device according to claim 1, wherein the organic layer is (BEDT-TTF) 2 I 3 and the organic sensor acts as a pressure, shear or strain sensor.
13. Органическое сенсорное устройство по п.12, в котором сенсор работает как датчик температуры.13. The organic sensor device of claim 12, wherein the sensor acts as a temperature sensor.
14. Органическое сенсорное устройство по п.12, в котором сенсор работает как датчик газа.14. The organic sensor device of claim 12, wherein the sensor acts as a gas sensor.
19. Органическое сенсорное устройство по п.1, в котором указанные изменения давления или температуры вызывают линейный отклик сопротивления устройства.19. The organic sensor device according to claim 1, wherein said changes in pressure or temperature cause a linear response of the resistance of the device.
20. Органическое сенсорное устройство по п.14, в котором газовый сенсор работает с давлением в интервале 0-100 мбар.20. The organic sensor device of claim 14, wherein the gas sensor operates at a pressure in the range of 0-100 mbar.
21. Органическое сенсорное устройство по п.14, в котором температурный сенсор работает в интервале температур от 25 до 65°C.21. The organic sensor device according to 14, in which the temperature sensor operates in the temperature range from 25 to 65 ° C.
22. Органическое сенсорное устройство по п.1, в котором сенсор детектирует приложенное усилие, по крайней мере, частью органического слоя, при этом усилие может быть вызвано деформацией, сдвигом, напряжением или давлением.22. The organic sensor device according to claim 1, in which the sensor detects the applied force by at least a portion of the organic layer, the force may be caused by deformation, shear, stress or pressure.
23. Органическое сенсорное устройство по п.22, в котором давление вызывается изменением температуры или давления.23. The organic sensor device of claim 22, wherein the pressure is caused by a change in temperature or pressure.
К недостаткам данного технического решения необходимо отнести ограничения по температуре и давлению, а также нестабильность характеристик сенсора вследствие применения химически агрессивных и летучих соединений йода, брома, бромида йода, хлора или иодида хлора.The disadvantages of this technical solution include the restrictions on temperature and pressure, as well as the instability of the sensor characteristics due to the use of chemically aggressive and volatile compounds of iodine, bromine, iodine bromide, chlorine or chlorine iodide.
Известна наноструктура, чувствительная к химическому составу скважинного флюида [US 2007/0134721 А1, 14.06.2007 г.], содержащая подложку; ограничивающую структуру, нанесенную на подложку, где ограничивающая структура содержит по крайней мере первую лимитирующую структуру, названную первым внутренним пространством, проксимальное устройство к первому внутреннему пространству, и первый синтетический полимер, способный селективно связываться с первым аналитом, внутри ограничивающей структуры.Known nanostructure sensitive to the chemical composition of the well fluid [US 2007/0134721 A1, 06/14/2007], containing a substrate; a bounding structure deposited on a substrate, where the bounding structure contains at least a first limiting structure called the first inner space, a proximal device to the first inner space, and a first synthetic polymer capable of selectively binding to the first analyte within the bounding structure.
2. Наноструктура по п.1, в которой ограничивающая структура содержит вторую предельную структуру, определенную как второе внутреннее пространство, второе внутреннее пространство, содержащее первое внутреннее пространство.2. The nanostructure according to claim 1, in which the bounding structure contains a second limit structure, defined as a second internal space, a second internal space containing the first internal space.
Описанная наноструктура имеет ограничивающую структуру, являющуюся по сути фильтрующим пористым материалом и элементом накопления аналита. Размеры пор определяют селективные свойства сенсора и его быстродействие. Недостатком описанной сенсора является сложность конструкции, зависимость селективности от плохо контролируемого технологически параметра размера пор ограничивающего материала и широкий диапазон диаметра пор, вызывающего необходимость сильного усложнения технического решения для обеспечения достижения заявленных целей.The described nanostructure has a limiting structure, which is essentially a filtering porous material and an analyte storage element. Pore sizes determine the selective properties of the sensor and its speed. The disadvantage of the described sensor is the complexity of the design, the dependence of selectivity on a technologically poorly controlled parameter of the pore size of the bounding material and a wide range of pore diameters, which necessitates a significant complication of the technical solution to achieve the stated goals.
Известен чувствительный элемент для обнаружения органических химических аналитов, [SU 2011/0045601 А1, 24/02/2011] содержащий: первый электрод и второй электрод, микропористый гидрофобный чувствительный к аналиту диэлектрический материал, нанесенный в зазоре между первым и вторым электродами, указанный микропористый гидрофобный чувствительный к аналиту диэлектрический материал является полимером с микропористостью.A known element for detecting organic chemical analytes, [SU 2011/0045601 A1, 24/02/2011] comprising: a first electrode and a second electrode, a microporous hydrophobic analyte-sensitive dielectric material deposited in the gap between the first and second electrodes, said microporous hydrophobic analyte sensitive dielectric material is a polymer with microporosity.
Чувствительный элемент по п.1. где полимер с внутренней микропористостью содержит органические макромолекулы, содержащие, в основном, планарные участки, связанные жесткими связями, указанные жесткие связи имеют точку искажения, такую, что два расположенные рядом планарные участка связываются линкерами так, что образуются две некомпланарные ориентации.The sensing element according to claim 1. where the polymer with internal microporosity contains organic macromolecules containing mainly planar sites connected by rigid bonds, said rigid bonds have a distortion point such that two adjacent planar sites are linked by linkers so that two non-coplanar orientations are formed.
Описанный чувствительный элемент имеет пористый полимерный материалом предназначенный для накопления аналита и определяющий селективные свойства сенсора и его быстродействие. Недостатком описанного элемента является сложность конструкции, зависимость селективности от плохо контролируемого технологически параметра размера пор ограничивающего материала и широкий диапазон диаметра пор, вызывающего необходимость сильного усложнения технического решения для обеспечения достижения заявленных целей..The described sensing element has a porous polymeric material intended for the accumulation of analyte and determining the selective properties of the sensor and its speed. The disadvantage of the described element is the design complexity, the dependence of selectivity on a technologically poorly controlled parameter of the pore size of the limiting material and a wide range of pore diameters, which necessitates a significant complication of the technical solution to achieve the stated goals ..
Известен датчик давления [RU №2028585 С2, МПК G01L 9/04, 31.12.1986], содержащий вакуумированный корпус, металлический упругий элемент в виде защемленной мембраны, на которой с одной стороны расположены диэлектрик и тензорезисторы, а на другой стороне - теплоизолирующая пленка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений при воздействии нестационарных температур, в нем теплоизолирующая пленка выполнена разной толщины, определяемой из соотношения hni=K(ti-t0),A known pressure sensor [RU No. 2028585 C2, IPC G01L 9/04, 12/31/1986] containing a vacuum housing, a metal elastic element in the form of a pinched membrane, on which dielectric and strain gauges are located on one side, and a heat-insulating film on the other side, characterized in that, in order to improve the accuracy of measurements under the influence of unsteady temperatures, the heat-insulating film in it is made of different thickness, determined from the relation h ni = K (t i -t 0 ),
где hni - толщина пленки в i-й точке мембраны;where h ni is the film thickness at the i-th point of the membrane;
K - конструктивный коэффициент, постоянный для одного типоразмера;K is the design coefficient constant for one size;
ti, t0 - соответственно температура на поверхности мембраны в i-й точке и в месте заделки в корпус.t i , t 0 - respectively, the temperature on the membrane surface at the i-th point and at the place of incorporation into the housing.
К недостаткам описанного датчика необходимо отнести ограниченные функциональные возможности, обусловленные сложной функциональной зависимостью между толщиной теплоизолирующей пленки и ее выравнивающими свойствами в условиях воздействия нестационарных температур.The disadvantages of the described sensor include limited functionality due to the complex functional relationship between the thickness of the insulating film and its leveling properties under the influence of unsteady temperatures.
Известен наноэлектронный сенсор [US 2007/0132043 A1, МПК 14.06.2007], содержащий: подложку, электропроводящую основу (базу) нанесенную на подложку, диэлектрический материал, покрывающий по крайней мере область проводящей основы (базы), одну или более наноструктуры, нанесенные на диэлектрический материал и емкостно связанные с проводящей базой, верхний свинцовый проводник к одной или более наноструктурам.Known nanoelectronic sensor [US 2007/0132043 A1, IPC 06/14/2007], comprising: a substrate, an electrically conductive base (base) deposited on a substrate, a dielectric material covering at least an area of a conductive base (base), one or more nanostructures deposited on dielectric material and capacitively connected to a conductive base, an upper lead conductor to one or more nanostructures.
2. Наноэлектронный сенсор по п.1, в котором одна или более наноструктур содержат сетку из углеродных нанонитей.2. The nanoelectronic sensor according to claim 1, in which one or more nanostructures contain a network of carbon nanowires.
3. Наноэлектронный сенсор по п.2, включающий в себя функциональный материал, нанесенный прямо на углеродные нанотрубки.3. The nanoelectronic sensor according to claim 2, comprising a functional material deposited directly onto carbon nanotubes.
4. Наноэлектронный сенсор содержащий подложку, пространственно разделенные пары, включая первый и второй проводник, нанесенные на подложку, диэлектрический материал, покрывающий область, по крайней мере, одного электрода, одну или более наноструктур, нанесенных на диэлектрический материал и связанные через емкость с, по крайней мере, одним проводником.4. A nanoelectronic sensor containing a substrate, spatially separated pairs, including the first and second conductors deposited on a substrate, a dielectric material covering the region of at least one electrode, one or more nanostructures deposited on a dielectric material and connected through a capacitance at least one conductor.
5. Наноэлектронный сенсор по п.4. в котором одна или более наноструктур содержат электрическую цепь, включающую в себя множество углеродных нанотрубок, закрывающих по крайней мере область каждого проводника, которые отделены от каждого проводника диэлектрическим материалом, и потому проводники контачат только с сеткой углеродных нанотрубок.5. The nanoelectronic sensor according to claim 4. in which one or more nanostructures contain an electric circuit including a plurality of carbon nanotubes covering at least the region of each conductor, which are separated from each conductor by dielectric material, and therefore the conductors only contact a carbon nanotube network.
6. Наноэлектронный сенсор по п.5, в котором пространственно разделенные пары проводящих электродов имеют характерную щель "g" и где углеродные нанотрубки имеют характерную длину "L" и где L значительно больше, чем g.6. The nanoelectronic sensor according to claim 5, in which the spatially separated pairs of conductive electrodes have a characteristic gap "g" and where carbon nanotubes have a characteristic length "L" and where L is much greater than g.
7. Наноэлектронный сенсор по п.5, в котором большая часть нанотрубок занимает щель так, чтобы, по крайней мере, часть нанотрубок имела емкостную связь с первым электродом и тоже со вторым электродом.7. The nanoelectronic sensor according to claim 5, in which most of the nanotubes occupy a gap so that at least part of the nanotubes has capacitive coupling with the first electrode and also with the second electrode.
8. Наноэлектронный сенсор по п.4. содержащий функционализированный материал, нанесенный на углеродные нанотрубки.8. The nanoelectronic sensor according to claim 4. containing functionalized material deposited on carbon nanotubes.
9. Наноэлектронный сенсор по п.4, в котором диэлектрический материал содержит дополнительные слои, каждый слой имеет особый состав.9. The nanoelectronic sensor according to claim 4, in which the dielectric material contains additional layers, each layer has a special composition.
10. Наноэлектронный сенсор, содержащий подложку, имеющую активную область, первый и второй проводники расположенные на подложке и отделенные от активной области, диэлектрический материал нанесенный, по крайней мере, на активную область и первый и второй наноструктурные слои в электрической цепи с первым и вторым проводниками соответственно, наноструктурные слои каждый включает одну или более наноструктур, наноструктурные слои окружены активной областью и сконфигурированы так, что связаны емкостной связью и тщательно отделены друг от друга диэлектрическим материалом.10. A nanoelectronic sensor containing a substrate having an active region, first and second conductors located on the substrate and separated from the active region, dielectric material deposited at least on the active region and the first and second nanostructured layers in an electrical circuit with first and second conductors accordingly, the nanostructured layers each include one or more nanostructures, the nanostructured layers are surrounded by an active region and configured so that they are connected by a capacitive coupling and carefully separated from each other uga dielectric material.
11. Наноэлектронный сенсор по п.10, в котором один или более наноструктурных слоев содержат сеть углеродных нанотрубок.11. The nanoelectronic sensor of claim 10, in which one or more nanostructured layers contain a network of carbon nanotubes.
12. Наноэлектронный сенсор по п.10, содержащий функционализированный материал, нанесенный на углеродные нанотрубки.12. The nanoelectronic sensor of claim 10, containing functionalized material deposited on carbon nanotubes.
13. Наноэлектронный сенсор по п.10, в котором, по крайней мере, часть подложки и по крайней мере часть диэлектрического материала являются пористыми и скомпонованы так чтобы позволить аналитной среде проникать через активную область подложки.13. The nanoelectronic sensor of claim 10, in which at least part of the substrate and at least part of the dielectric material are porous and arranged to allow the analyte to penetrate through the active region of the substrate.
14. Молекулярный сенсор, содержащий:14. A molecular sensor containing:
а) устройство из нанотрубок содержащее по крайней мере одну углеродную нанотрубку, в котором первый конец указанной нанотрубки электрически подсоединен с первым электропроводящим элементом внутри прямого контакта, и второй конец указанной нанотрубки электрически подсоединен ко второму электропроводящему элементу иa) a device of nanotubes containing at least one carbon nanotube, in which the first end of the specified nanotube is electrically connected to the first electrically conductive element inside direct contact, and the second end of the nanotube is electrically connected to the second electrically conductive element and
б) состав покрытия нанесен на сторону нанотрубок, где указанный состав выбран таким образом, чтобы нанотрубки были разделены друг от друга, то есть выполнял роль молекулярного спейсера.b) the coating composition is deposited on the side of the nanotubes, where the specified composition is selected so that the nanotubes are separated from each other, that is, acted as a molecular spacer.
15. Молекулярный сенсор по п.14, в котором второй конец нанотрубки электрически подсоединен ко второму проводящему элементу без прямого контакта.15. The molecular sensor according to 14, in which the second end of the nanotube is electrically connected to the second conductive element without direct contact.
16. Устройство из нанотрубок содержащее, пленку из нанотрубок, содержащую множество нанотрубок и имеющую начало и конец, первый и второй электроды соответственно расположенные на указанных начале и конце пленки из нанотрубок, где пленка из нанотрубок адаптирована к протеканию тока между первым вторы электродами без прямого контакта с по крайней мере первым или вторым электродами.16. A device consisting of nanotubes, a film of nanotubes, containing many nanotubes and having a beginning and an end, the first and second electrodes respectively located at the indicated beginning and end of the film of nanotubes, where the film of nanotubes is adapted to the flow of current between the first second electrodes without direct contact with at least the first or second electrodes.
17. Устройство из нанотрубок по п.16, в котором пленка из нанотрубок приспособлена для протекания тока между первым и вторым электродами без прямого контакта с каждым первым и вторым электродами.17. The nanotube device according to clause 16, in which the film of nanotubes is adapted for the flow of current between the first and second electrodes without direct contact with each first and second electrodes.
18. Устройство из нанотрубок по п.17 в котором пленка из нанотрубок приспособлена для протекания тока в виде отклика на переменное напряжение при наличии дополнительного смещения от источника постоянного тока приложенного между первым и вторым электродами.18. The device of nanotubes according to claim 17, wherein the film of nanotubes is adapted for the flow of current in the form of a response to an alternating voltage in the presence of an additional bias from the direct current source applied between the first and second electrodes.
К недостаткам описанного технического решения необходимо отнести плохую воспроизводимость параметров сенсора из-за нестабильности свойств отдельных нанотрубок и технологической сложности реализации контактов к отдельным нанотрубкам. Также при работе с массивом нанотрубок существует не решенная проблема сохранения свойств индивидуальных нанотрубок, так как из-за наличия переходных сопротивлений между нанотрубок становится невозможным использовать преимущества высокой подвижности электронов для обеспечения высокой чувствительности.The disadvantages of the described technical solution include the poor reproducibility of the sensor parameters due to the instability of the properties of individual nanotubes and the technological complexity of implementing contacts to individual nanotubes. Also, when working with an array of nanotubes, there is an unresolved problem of maintaining the properties of individual nanotubes, since due to the presence of transition resistance between the nanotubes, it becomes impossible to take advantage of the high electron mobility to ensure high sensitivity.
Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является расширение функциональных возможностей скважинного нанодатчика при расширении диапазона контролируемых параметров, обеспечении стабильности характеристик, при компактности устройства.The problem solved by the claimed technical solution is to expand the functionality of the downhole nanosensor while expanding the range of controlled parameters, ensuring the stability of the characteristics, with the compactness of the device.
Поставленная задача решается скважинным нанодатчиком, содержащим подложку с нанесенной на нее электропроводящей основой и диэлектрический материал, покрывающий, по крайней мере часть проводящей основы, и наноструктуры, нанесенные на диэлектрический материал между электропроводящими слоями электродами отличающимся тем, что в качестве наноструктуры используется диэлектрический полимерный пленочный материал, содержащий в своей структуре, по крайней мере одну квантоворазмерную структуру и позволяющий контролировать, по крайней мере, один из физических параметров скважинного флюида (химический состав (вода/нефть/газ), давление, температуру).The problem is solved by a downhole nanosensor containing a substrate coated with an electrically conductive base and a dielectric material covering at least part of the conductive base, and nanostructures deposited on the dielectric material between the electrically conductive layers of the electrodes, characterized in that the dielectric polymer film material is used containing in its structure at least one quantum-well structure and allowing to control at least one of the physical parameters of the well fluid (chemical composition (water / oil / gas), pressure, temperature).
Поставленная задача решается также скважинным нанодатчиком по п.1, отличающимся тем, что в качестве наноструктуры, чувствительной к химическому составу скважинного флюида (вода/нефть/газ) используется пленка диэлектрического полимера с боковыми функциональными группами, содержащая, по крайней мере, два слоя, и металлические слои электроды, встроенные между этими диэлектрическими слоями, не контактирующие между собой.The problem is also solved by the downhole nanosensor according to claim 1, characterized in that a film of a dielectric polymer with lateral functional groups containing at least two layers is used as a nanostructure sensitive to the chemical composition of the downhole fluid (water / oil / gas), and metal layers, electrodes embedded between these dielectric layers, not in contact with each other.
Поставленная задача решается также скважинным нанодатчиком по п.1, отличающимся тем, что в качестве наноструктуры, чувствительной к давлению, используется одна пленка из диэлектрического полимера с боковыми функциональными группами с нанесенными на верхнюю и нижнюю поверхности пленки металлическими слоями электродами, соединенную с измеряемой средой посредством упругой мембраны.The problem is also solved by the downhole nanosensor according to claim 1, characterized in that as a nanostructure sensitive to pressure, one film of a dielectric polymer with lateral functional groups with metal layers deposited on the upper and lower surfaces of the film is connected by electrodes connected to the measured medium by elastic membrane.
Поставленная задача решается также скважинным нанодатчиком по п.1., отличающимся тем, что в качестве наноструктуры, чувствительной к температуре, используется одна пленка из диэлектрического полимера с боковыми функциональными группами с нанесенными на верхнюю и нижнюю поверхности пленки металлическими слоями электродами, соединенную с измеряемой средой посредством металлического теплопровода.The problem is also solved by the downhole nanosensor according to claim 1, characterized in that a temperature-sensitive nanostructure uses one film of a dielectric polymer with lateral functional groups with metal layers deposited on the upper and lower surfaces of the film by electrodes connected to the measured medium through a metal heat pipe.
Достижение поставленной задачи обеспечивается использованием в качестве среды, формирующей наноструктуры широкозонного полимерного материала, обладающего требуемым сочетание физико-химических свойств, в частности, высокими пленкообразующими свойствами, важными для формирования наноструктур, обладающего термостойкостью до 460°С на воздухе, устойчивостью к агрессивным средам, в частности, концентрированным растворам кислот, расплавам щелочей и широким динамическим диапазоном изменения электропроводности при воздействии на полимерный материал малых физических полей. Химическая стойкость материалов обеспечивает работоспособность устройств на их основе в условиях внешних агрессивных сред, тем самым, расширяя функциональные возможности нанодатчиков при расширении диапазона контролируемых параметров и обеспечения стабильности характеристик.Achieving this task is ensured by using a wide-gap polymer material with the required combination of physico-chemical properties, in particular, high film-forming properties, which are important for the formation of nanostructures with temperature resistance up to 460 ° C in air, and resistance to aggressive environments, as a medium forming nanostructures in particular, concentrated solutions of acids, alkali melts and a wide dynamic range of changes in electrical conductivity when exposed to a polymer the first material of small physical fields. The chemical resistance of materials ensures the operability of devices based on them in conditions of external aggressive environments, thereby expanding the functionality of nanosensors while expanding the range of controlled parameters and ensuring the stability of characteristics.
Компактность устройства обеспечивается размером наноструктур, являющихся, по сути, чувствительным элементом наносенсоров. В нанодатчиках давления и температуры наноструктура имеет размер 12 нм × 12 нм × 1000 нм, в химических наносенсорах наноструктура имеет размер 6 нм × 1000 нм × 1000 нм.The compactness of the device is ensured by the size of nanostructures, which are, in fact, a sensitive element of nanosensors. In pressure and temperature nanosensors, the nanostructure has a size of 12 nm × 12 nm × 1000 nm; in chemical nanosensors, the nanostructure has a size of 6 nm × 1000 nm × 1000 nm.
В качестве такого полимерного пленочного материала, содержащего в своей структуре, по крайней мере, одну квантоворазмерную структуру, могут быть использованы, например, полимеры класса полигетероариленов.As such a polymer film material containing in its structure at least one quantum-well structure, for example, polymers of the polyheteroarylene class can be used.
В качестве материала пленки диэлектрического полимера, чувствительной к химическому составу скважинного флюида, может быть применен полимерный материал из класса функциональных гетероциклических соединений.As the material of the film of a dielectric polymer sensitive to the chemical composition of the well fluid, a polymer material from the class of functional heterocyclic compounds can be used.
В качестве наноструктуры, чувствительной к давлению используется пленка из диэлектрического полимера, например, из класса полигетероариленовAs a pressure sensitive nanostructure a dielectric polymer film is used, for example, from the class of polyheteroarylenes
В качестве наноструктуры чувствительной к температуре используется, по крайней мере, одна пленка из диэлектрического полимера, например, из класса полигетероариленовAt least one film of a dielectric polymer, for example, from the class of polyheteroarylenes, is used as a temperature sensitive nanostructure
На фиг.1 представлен нанодатчик, представляющий собой многослойную структуру. Датчик содержит диэлектрическую положку (1). В качестве диэлектрической подложки могут быть использованы пластины из стекла, слюды, кремния, ситалла и др. На поверхности диэлектрической подложки (1) нанесен тонкий металлический слой толщиной до 100 нм (2), который выполняет роль первого (нижнего) электрода. На поверхность первого (нижнего) слоя нанесена пленка из функционального полимерного материала (3), содержащего в себе наноструктуру (4). На поверхности функционального полимерного материала формируется второй (верхний) металлический слой (5). Металлические слои (2) и (5) предназначены для подачи на слой функционального полимерного материала разности потенциалов, а также для обеспечения условий протекания тока через слой функционального полимерного материала 3 в режиме измерения давления. Проводники 6 и 7 предназначены для обеспечения электрического соединения между датчиком давления и контрольно-измерительными приборами.Figure 1 presents the nanosensor, which is a multilayer structure. The sensor contains a dielectric plate (1). As a dielectric substrate, plates of glass, mica, silicon, glass, etc. can be used. A thin metal layer with a thickness of up to 100 nm (2), which acts as the first (lower) electrode, is deposited on the surface of the dielectric substrate (1). A film of functional polymer material (3) containing a nanostructure (4) is deposited on the surface of the first (lower) layer. On the surface of the functional polymer material, a second (upper) metal layer (5) is formed. The metal layers (2) and (5) are intended for supplying a potential difference to the layer of functional polymer material, as well as to provide conditions for the flow of current through the layer of functional polymer material 3 in the pressure measurement mode. Conductors 6 and 7 are designed to provide electrical connection between the pressure sensor and instrumentation.
На фиг.2 представлен датчик давления, представляющий собой многослойную структуру. Датчик давления содержит диэлектрическую положку (1). В качестве диэлектрической подложки могут быть использованы пластины из стекла, слюды, кремния, ситалла и др. На поверхности диэлектрической подложки (1) нанесен тонкий металлический слой, толщиной до 100 нм (2), который выполняет роль первого (нижнего) электрода. На поверхность первого (нижнего) слоя нанесена пленка из функционального полимерного материала (3), содержащего в себе наноструктуру типа квантовая нить (4). На поверхности функционального полимерного материала формируется второй (верхний) металлический слой (5). Металлические слои (2) и (5) предназначены для подачи на слой функционального полимерного материала 3 разности потенциалов, а также для обеспечения условий протекания тока через слой функционального полимерного материала в режиме измерения давления. Металлический слой (5) дополнительно выполняет функцию упругой мембраны, предназначенной для передачи давления от измеряемой среды к чувствительному слою из функционального полимерного материала датчика (3), содержащего наноструктуры (4). Проводники 6 и 7 предназначены для обеспечения электрического соединения между датчиком давления и контрольно-измерительными приборами.Figure 2 presents the pressure sensor, which is a multilayer structure. The pressure sensor contains a dielectric plate (1). As a dielectric substrate, plates of glass, mica, silicon, glass, etc. can be used. On the surface of the dielectric substrate (1), a thin metal layer with a thickness of up to 100 nm (2) is applied, which acts as the first (lower) electrode. On the surface of the first (lower) layer, a film is made of a functional polymer material (3) containing a quantum thread type nanostructure (4). On the surface of the functional polymer material, a second (upper) metal layer (5) is formed. The metal layers (2) and (5) are designed to supply potential differences to the layer of functional polymer material 3, as well as to provide conditions for the flow of current through the layer of functional polymer material in the pressure measurement mode. The metal layer (5) additionally performs the function of an elastic membrane designed to transfer pressure from the measured medium to the sensitive layer of the functional polymer material of the sensor (3) containing nanostructures (4). Conductors 6 and 7 are designed to provide electrical connection between the pressure sensor and instrumentation.
На фиг.3 представлен датчик температуры, представляющий собой многослойную структуру. Датчик содержит диэлектрическую положку (1). В качестве диэлектрической подложки могут быть использованы пластины из стекла, слюды, кремния, ситалла и др. На поверхности диэлектрической подложки (1) нанесен тонкий металлический слой, толщиной до 100 нм (2), который выполняет роль первого (нижнего) электрода. На поверхность первого (нижнего) слоя 2 нанесена пленка из функционального полимерного материала (3), содержащего в себе наноструктуру типа квантовая нить (4). На поверхности функционального полимерного материала формируется второй (верхний) металлический слой (5). Металлические слои (2) и (5) предназначены для подачи на слой функционального полимерного материала разности потенциалов. Проводники (6, 7) служат для обеспечения условий протекания тока через слой функционального полимерного материала в режиме измерения температуры.Figure 3 presents the temperature sensor, which is a multilayer structure. The sensor contains a dielectric plate (1). As a dielectric substrate, plates of glass, mica, silicon, glass, etc. can be used. On the surface of the dielectric substrate (1), a thin metal layer with a thickness of up to 100 nm (2) is applied, which acts as the first (lower) electrode. On the surface of the first (lower) layer 2, a film of a functional polymer material (3) is deposited, which contains a quantum thread type nanostructure (4). On the surface of the functional polymer material, a second (upper) metal layer (5) is formed. Metal layers (2) and (5) are intended for supplying a potential difference to the layer of functional polymer material. Conductors (6, 7) are used to provide conditions for the flow of current through a layer of functional polymer material in the temperature measurement mode.
Чувствительный элемент датчика температуры расположен на подложке 1 и представляет собой трехслойную структуру, состоящую из двух металлических слоев и расположенной между ними тонкой пленки функционального полимерного материала, толщина пленки должна находиться интервале толщин от 500 нм до 3 мкм. С внешней средой, температуру которой необходимо измерять и контролировать, датчик соединен термозондом (8).The temperature sensor element is located on the substrate 1 and is a three-layer structure consisting of two metal layers and a thin film of functional polymer material located between them, the film thickness should be in the thickness range from 500 nm to 3 μm. With the external environment, the temperature of which must be measured and controlled, the sensor is connected by a thermal probe (8).
На фиг.4 представлен датчик состава флюида, представляющий собой многослойную структуру. Датчик содержит диэлектрическую положку (1). В качестве диэлектрической подложки могут быть использованы пластины из стекла, слюды, кремния, ситалла и др. Датчик содержит металлический слой (2), сформированный в пленке из функционального полимерного материала (3), нанесенного на поверхность диэлектрической подложки 1, металлический слой (2) содержат в себе наноструктуру типа квантовая яма (4), соединенный с металлически слоем 5. Металлические слои (2 и 5) предназначены для подачи на слой функционального полимерного материала 3 разности потенциалов, а также для обеспечения условий протекания тока через слой 3, содержащий наноструктуру 4. Проводники (6, 7) служат для обеспечения условий протекания тока через слой функционального полимерного материала в режиме измерения температуры.Figure 4 presents the fluid composition sensor, which is a multilayer structure. The sensor contains a dielectric plate (1). Plates of glass, mica, silicon, glass, etc. can be used as the dielectric substrate. The sensor contains a metal layer (2) formed in a film of functional polymer material (3) deposited on the surface of the dielectric substrate 1, a metal layer (2) contain a quantum well type nanostructure (4) connected to a metal layer 5. The metal layers (2 and 5) are designed to supply 3 potential differences to the layer of functional polymer material, as well as to ensure leaking conditions current through a layer 3 containing nanostructure 4. Conductors (6, 7) are used to provide conditions for the flow of current through a layer of functional polymer material in the temperature measurement mode.
Датчика давления (фиг.2) работает следующим образом. В исходном состоянии слой функционального полимерного материала (3) находится в состоянии с максимальным сопротивлением. При увеличении внешнего давления происходит уменьшение электрического сопротивления слоя (3). Это изменение сопротивления возникает в результате высокой чувствительности сопротивления наноструктуры, содержащейся в слое функционального полимерного материала к одноосному давлению. Относительное изменение сопротивления датчика служит мерой изменения давления, действующего на датчик, от величины сопротивления зависит величина тока, измеряемого внешним измерительным прибором, подключенным к проводникам 6-7.The pressure sensor (figure 2) works as follows. In the initial state, the layer of functional polymer material (3) is in a state with maximum resistance. With an increase in external pressure, the electric resistance of the layer decreases (3). This change in resistance results from the high sensitivity of the resistance of the nanostructure contained in the layer of functional polymer material to uniaxial pressure. The relative change in the resistance of the sensor serves as a measure of the change in pressure acting on the sensor, the magnitude of the current depends on the magnitude of the current measured by an external measuring device connected to conductors 6-7.
Датчик температуры (термозонда) (фиг.3) работает следующим образом. Термозонд 8 электрически соединен с одним из электродов 5 чувствительного элемента. В основе своей работы датчик использует электрофизическое явление, известное под названием эффект дистанционного переключения, индуцированного изменением граничных условий.The temperature sensor (thermal probe) (figure 3) works as follows. The temperature probe 8 is electrically connected to one of the electrodes 5 of the sensing element. At the base of its work, the sensor uses an electrophysical phenomenon, known as the effect of remote switching induced by a change in the boundary conditions.
Суть явления заключается в том, что при изменении температуры происходит изменение параметров потенциального барьера на границе полимер/металл 5-3. Это изменение проявляется в виде изменения инжекционного тока, протекающего через эту границу. Выбором соотношения работ выхода электрона пары полимер/металл добиваются большого изменения тока в заданном интервале температур, который измеряется внешним измерительным прибором, подключенным к проводникам 6-7.The essence of the phenomenon is that when the temperature changes, the parameters of the potential barrier at the polymer / metal interface 5-3 change. This change manifests itself as a change in the injection current flowing through this boundary. By choosing the ratio of the electron work function of the polymer / metal pair, a large current change is achieved in a given temperature range, which is measured by an external measuring device connected to conductors 6-7.
Особенностью и достоинством выбранного технического решения является то, что нет необходимости контактирования чувствительного элемента с измеряемой средой, так как по правилу Вольты изменение электрохимического потенциала материала зонда от температуры будет индуцировать необходимые изменения инжекционного тока в структуре металл/полимер/металл.A feature and advantage of the chosen technical solution is that there is no need for contacting the sensitive element with the medium being measured, since, according to the Volta rule, a change in the electrochemical potential of the probe material as a function of temperature will induce the necessary changes in the injection current in the metal / polymer / metal structure.
Датчик химического состава флюида (фиг.4) работает следующим образом. Датчик химического состава флюида относится к потенциометрическому типу датчиков. Датчик состоит из чувствительного элемента 3, к которому подключены электроды 2 и 5. На электроды 2 и 5 подается разность потенциалов, при этом через чувствительный элемент 3 протекает электрический ток. Величина электрического тока зависит от сопротивления чувствительного элемента 3 по формуле I=U/R, где I - ток, U - разность потенциалов, R - сопротивление чувствительного элемента 3. Сопротивление чувствительного элемента 3 - R изменяется в зависимости от состояния среды, с которой контактирует датчик. Эта чувствительность обеспечивается за счет того, что в конструкции датчика предусмотрено создание квантовой ямы, заполненной квазидвумерным газом свободных электронов. Хорошо известно, что в таком состоянии носители заряда обладают высокой подвижностью. Потому любое внешнее энергетическое воздействие будет влиять на подвижность и, соответственно, на сопротивление чувствительного элемента.The sensor of the chemical composition of the fluid (figure 4) works as follows. The chemical fluid composition sensor is a potentiometric type of sensor. The sensor consists of a sensing element 3, to which electrodes 2 and 5 are connected. A potential difference is applied to the electrodes 2 and 5, and an electric current flows through the sensing element 3. The magnitude of the electric current depends on the resistance of the sensor 3 according to the formula I = U / R, where I is the current, U is the potential difference, R is the resistance of the sensor 3. The resistance of the sensor 3 - R changes depending on the state of the medium it is in contact with sensor. This sensitivity is ensured by the fact that the design of the sensor provides for the creation of a quantum well filled with a quasi-two-dimensional gas of free electrons. It is well known that in this state, charge carriers have high mobility. Therefore, any external energy impact will affect the mobility and, accordingly, the resistance of the sensing element.
Физика явления следующая. В таком датчике молекулы детектируемого вещества формируют слой на поверхности пленки функционального полимерного материала 3. Этот слой молекул создает электрическое поле, величина которого зависит от плотности этого слоя (количества молекул в слое на элемент поверхности) или от концентрации молекул вещества в потоке флюида. Поле, действует на квазидвумерный электронный газ, находящийся внутри чувствительного элемента, сопротивление элемента изменяется, вызывая изменение тока (как правило, увеличение тока) это изменение регистрируется электронной схемой, по принципу действия близкой к схеме вольтметра. При наличии калибровки ток - концентрация вещества можно установить концентрацию вещества в потоке флюида.The physics of the phenomenon is as follows. In such a sensor, the molecules of the detected substance form a layer on the surface of the film of functional polymer material 3. This layer of molecules creates an electric field, the magnitude of which depends on the density of this layer (the number of molecules in the layer per surface element) or on the concentration of the molecules of the substance in the fluid flow. The field acts on a quasi-two-dimensional electron gas located inside the sensing element, the resistance of the element changes, causing a change in current (usually an increase in current), this change is recorded by an electronic circuit, similar in principle to a voltmeter. If there is a current-concentration calibration, you can set the concentration of the substance in the fluid flow.
Авторам из патентных и научно-технических источников заявляемая совокупность признаков не известна.The authors of patent and scientific and technical sources of the claimed combination of features is not known.
Заявляемые нанодатчики позволяют контролировать не один, а несколько параметров скважинного флюида, чем достигается расширение функциональных возможностей скважинного нанодатчика.The inventive nanosensors allow you to control not one but several parameters of the downhole fluid, thereby achieving the expansion of the functionality of the downhole nanosensor.
Расширение диапазона контролируемых параметров достигается высокой чувствительностью пленки диэлектрического функционального полимера, что связано с формированием квантоворазмерных наностуктур типа квантовая нить и квантовая яма. В таких наноструктурах движение носителей заряда - электронов ограничивается в двух или одном направлении.The expansion of the range of controlled parameters is achieved by the high sensitivity of the film of the dielectric functional polymer, which is associated with the formation of quantum-sized nanostructures such as quantum filament and quantum well. In such nanostructures, the motion of charge carriers - electrons is limited in two or one direction.
При условии, что характерный размер наноструктуры является меньше длины волны Дебая электрона возникает квантование энергии электронов в направлении ограничения движения.Provided that the characteristic size of the nanostructure is less than the Debye electron wavelength, quantization of the electron energy occurs in the direction of motion restriction.
Такое квантование способствует возникновению новых электронных состояний неприсущих для массивного трехмерного материала. В частности, возникают условия формирования газа свободных или квазисвободных электронов.Such quantization contributes to the emergence of new electronic states of the non-characteristic for massive three-dimensional material. In particular, conditions arise for the formation of a gas of free or quasi-free electrons.
Подобные условия характеризуются высокими значениями подвижностей носителей заряда (электронов). В случае потенциометрических датчиков подвижность носителей заряда может определять чувствительность этих датчиков к любым внешним воздействиям по принципу: чем выше подвижность, тем выше чувствительность. В связи с этим, использование наноструктур приводит к расширению фукциональных возможностей датчиков.Such conditions are characterized by high mobilities of charge carriers (electrons). In the case of potentiometric sensors, the mobility of charge carriers can determine the sensitivity of these sensors to any external influences according to the principle: the higher the mobility, the higher the sensitivity. In this regard, the use of nanostructures leads to the expansion of the functional capabilities of sensors.
Обеспечение стабильности характеристик обеспечивается физико-химическими свойствами диэлектрического функционального полимера, который имеет температуру начала разложения 460°С на воздухе, химических стоек к расплавам щелочей и концентрированным кислотам, растворим в полярных растворителях потому подвергается глубокой очистке от примесей, что дополнительно обеспечивает стабильность его физико-химических свойств.Ensuring the stability of the characteristics is ensured by the physicochemical properties of the dielectric functional polymer, which has a decomposition onset temperature of 460 ° C in air, is chemical resistant to alkali melts and concentrated acids, soluble in polar solvents because it is subjected to deep purification from impurities, which further ensures the stability of its physical chemical properties.
Возможность создания компактного устройства обеспечивается размером наноструктур, являющихся, по сути, чувствительным элементом наносенсоров. В нанодатчиках давления и температуры наноструктура имеет размер 12 нм × 12 нм × 1000 нм, в химических наносенсорах наноструктура имеет размер 6 нм × 1000 нм × 1000 нм.The possibility of creating a compact device is provided by the size of nanostructures, which are, in fact, a sensitive element of nanosensors. In pressure and temperature nanosensors, the nanostructure has a size of 12 nm × 12 nm × 1000 nm; in chemical nanosensors, the nanostructure has a size of 6 nm × 1000 nm × 1000 nm.
Заявляемое техническое решение промышленно применимо, создает значительные преимущества в сравнении с известными аналогами.The claimed technical solution is industrially applicable, it creates significant advantages in comparison with known analogues.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012114461/03U RU120139U1 (en) | 2012-04-12 | 2012-04-12 | A WELL SENSOR CONTAINING A PRESSURE NANOSENSOR, A TEMPERATURE NANOSENSOR, A CHEMICAL NANOSENSOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012114461/03U RU120139U1 (en) | 2012-04-12 | 2012-04-12 | A WELL SENSOR CONTAINING A PRESSURE NANOSENSOR, A TEMPERATURE NANOSENSOR, A CHEMICAL NANOSENSOR |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU120139U1 true RU120139U1 (en) | 2012-09-10 |
Family
ID=46939255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012114461/03U RU120139U1 (en) | 2012-04-12 | 2012-04-12 | A WELL SENSOR CONTAINING A PRESSURE NANOSENSOR, A TEMPERATURE NANOSENSOR, A CHEMICAL NANOSENSOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU120139U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110242276A (en) * | 2019-05-29 | 2019-09-17 | 中国地质大学（武汉） | A kind of underground bubble void fraction measurement sensor based on friction nanometer generating |
| RU192957U1 (en) * | 2018-12-20 | 2019-10-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | SENSITIVE ELEMENT OF PRECISION PRESSURE SENSOR |
-
2012
- 2012-04-12 RU RU2012114461/03U patent/RU120139U1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU192957U1 (en) * | 2018-12-20 | 2019-10-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | SENSITIVE ELEMENT OF PRECISION PRESSURE SENSOR |
| CN110242276A (en) * | 2019-05-29 | 2019-09-17 | 中国地质大学（武汉） | A kind of underground bubble void fraction measurement sensor based on friction nanometer generating |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dai et al. | Sensors and sensor arrays based on conjugated polymers and carbon nanotubes | |
| Jiang et al. | All-solid-state potentiometric sensor using single-walled carbon nanohorns as transducer | |
| JP5424794B2 (en) | Chemical sensors using thin-film sensing members | |
| Dan et al. | Dielectrophoretically assembled polymer nanowires for gas sensing | |
| US10247689B2 (en) | Low concentration ammonia nanosensor | |
| JP6008970B2 (en) | Piezoelectric pressure sensor | |
| Liang et al. | A simple approach for fabricating solid-contact ion-selective electrodes using nanomaterials as transducers | |
| Sha et al. | Amperometric pH sensor based on graphene–polyaniline composite | |
| US20090294303A1 (en) | method for identifying compounds that affect a transport of a protein through menbrane trafficking pathway | |
| Behzadi Pour et al. | Hydrogen sensors: palladium-based electrode | |
| KR101257221B1 (en) | Cell based sensor with optical observation of cell capacity by real time, preparation method thereof and multianalyte-detectable sensor chip using the same | |
| JP2005528629A5 (en) | ||
| EP2459997B1 (en) | Multi-electrode chemiresistor | |
| Lenar et al. | Ruthenium dioxide nanoparticles as a high-capacity transducer in solid-contact polymer membrane-based pH-selective electrodes | |
| Stoop et al. | Charge noise in organic electrochemical transistors | |
| RU120139U1 (en) | A WELL SENSOR CONTAINING A PRESSURE NANOSENSOR, A TEMPERATURE NANOSENSOR, A CHEMICAL NANOSENSOR | |
| Li et al. | An integrated all-solid-state screen-printed potentiometric sensor based on a three-dimensional self-assembled graphene aerogel | |
| Ping et al. | A novel pH sensing membrane based on an ionic liquid-polymer composite | |
| KR101761838B1 (en) | Method and apparatus for the detection of hydrogen gas concentration in transformer oil | |
| KR102650579B1 (en) | Sensors, sensing systems and sensing methods based on relaxation time analysis | |
| KR101647356B1 (en) | Apparatus for detecting gas using carbon polymer-nanotube composite | |
| Ping et al. | Design and synthesis of a task-specific ionic liquid as a transducer in potentiometric sensors | |
| KR20080004866A (en) | Flow detecting method using physical change of nano material | |
| KR101444651B1 (en) | Manufacturing method using single walled carbon nanotube/ conducting polymer composite for organophosphorus compound gas detecting sensor | |
| Yuana et al. | Hazardous industrial gases identified using a novel polymer/MWNT composite resistance sensor array |