Способ генерирования электрических колебаний с частотами, близкими к наблюдаемым у биологических объектов

Авторы патента:

Евдокимова Ольга Владимировна (RU)

Сидоров Игорь Викторович (RU)

Барышев Михаил Геннадьевич (RU)

Коржов Александр Николаевич (RU)

H01L51/30 - выбор материалов

Владельцы патента RU 2285982:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный университет (КубГУ) (RU)

Изобретение относится к области жидких полупроводников, которые могут найти широкое применение в биологии, экологии и медицине. Сущность изобретения: способ генерирования электрических колебаний с частотами, близкими к наблюдаемым у биологических объектов, включает пропускание электрического тока между электродами, погруженными в жидкий органический полупроводник n-типа, и к которым приложена разность потенциалов 5-70 В. Между электродом, имеющим положительный потенциал, и электродом, опущенным в жидкий полупроводник р-типа, пропускают ток от 1 до 500 мкА. Техническим результатом изобретения является разработка способа генерации электрических колебаний, частоты которых по своим параметрам близки к наблюдаемым у биологических объектов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области жидких полупроводников, которые могут найти широкое применение в биологии, экологии и медицине.

Известен способ параметрической генерации периодических колебаний, в котором используется взаимодействие сигналов СВЧ излучений определенной частоты с оптической волной, в результате чего частота и мощность оптической волны возрастают приблизительно в 2 раза. Часть мощности этой волны поступает в качестве накачки в вырожденный параметрический делитель частоты для получения оптической волны, используемой при преобразовании частот (патент РФ №2062538, МПК Н 01 S 3/00). Устройство волноводного типа, реализующее этот способ, позволяет получить генерацию когерентного оптического излучения при накачке СВЧ диапазона.

Известен способ генерации электрического тока, основанный на химическом восстановлении активного соединения в присутствии металла, приводящее к возникновению тока в цепи. Окисление восстановленной формы соединения и возврат его к первоначальному состоянию происходит на воздухе в отсутствии контакта с металлом (заявка №94044739, RU, МПК Н 01 М 6/04).

Известен способ генерации электрического тока низких частот, реализуемый с помощью твердотельного генератора на основе полупроводниковой пластины, имеющей два контакта и область, в которой реализованы условия для возникновения колебаний электронно-дырочной плазмы типа рекомбинапионных волн, на поверхности полупроводниковой пластины имеется изолятор, на который нанесен металлический слой, служащий управляющим контактом. Способ позволяет получить электрические колебания частотой 40-400 Гц и амплитудой 0,5-50 мВ при приложении разности потенциалов 1-5 мВ (а.с. СССР №439255, МПК H 01 L 29/00).

Известен способ генерации электрического тока, основанный на полупроводниковом генераторе с перестраиваемой частотой и содержащий пластину монокристаллического кремния с двумя инжектирующими контактами, легированную цинком с концентрацией N_Zn и донорной примесью с концентрацией N_D. Кремний имеет удельное сопротивление ρ>10⁴ Ом×см, а расстояние между ними не более диффузионной длины электронов, при соотношении легирующих примесей в кремнии N_Zn≥N_D. При приложении разности потенциалов 50 В между инжектирующими контактами и подачей тока между анодом и катодом получаем перестраиваемую частоту колебаний тока в пределах 10-10⁵ Гц (а.с. №782641, SU, МПК H 01 L 29/86).

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ с использованием структуры с распределенным р-n-переходом, через которую пропускают ток величиной 1-100 мкА, на n-области которого выполнен контакт металл-тунельно-прозрачный окисел-полупроводник и омический контакт, между которыми прикладывают разность потенциалов 3-15 В, возникающие колебания имеют частоту от 1 кГц до 10 МГц и амплитуду от 5 до 20 мкА [Муравский Б.С., Куликов О.Н., Черный В.Н., Рекомбинационная неустойчивость тока в эпитаксиальных р⁺-n-структурах с локально введенными в n-область примесными атомами и определение параметров глубоких центров на ее основе. // Физика и техника полупроводников, 2003, т.37, вып.4, с.393-397].

Все перечисленные способы основаны на использовании твердотельных структур. Физико-химические свойства таких твердотельных структур имеют резкое отличие от биологических объектов (по геометрии, по форме, по плотности, по агрегатному состоянию вещества и т.д.), длительный контакт с ними приводит к осложнениям, внося существенные изменения в биологическую систему, чем затрудняет их применение в биологии и медицине.

Техническая задача состояла в разработке способа генерации электрических колебаний, частоты которых по своим параметрам близки к наблюдаемым у биологических объектов.

Техническая задача решается путем возбуждения колебаний частотой от 1 Гц до 10 МГц на структуре, содержащей водный раствор органического полупроводника p-типа, на который наносят органический полупроводник n-типа. Между электродами, погружаемыми в полупроводник n-типа, создают разность потенциалов от 5 до 70 В. В водный раствор органического полупроводника p-типа вводят электрод, через него и положительный электрод, погруженный в полупроводник n-типа, пропускают постоянный ток от 1 до 500 мкА.

В качестве органического полупроводника p-типа возможно применение тиазинового красителя метиленового голубого, концентрация водного раствора которого 1-20% или трифенилметанового красителя фуксина, концентрация водного раствора которого 1-20%, или глюкозы, концентрация водного раствора которой 1-50%. В качестве полупроводника n-типа использован анилин.

В отличие от прототипа данный способ генерирования электрических колебаний позволяет использовать жидкие полупроводниковые структуры, на которых можно получить электрические колебания частотой 1 Гц - 10 МГц, амплитудой 2 мкА - 30 мА. Характеристики полученных электрических колебаний близки к колебаниям наблюдаемых биологических объектов.

Из литературы не известны сведения о получении таких электрических колебаний на жидких органических полупроводниках и при указанных условиях. Следовательно, заявляемый способ является новым и обладает существенными отличиями.

На чертеже представлены схема устройства и его подключение для осуществления способа.

На поверхность раствора органического полупроводника p-типа 1 наносили жидкий органический полупроводник n-типа 2, в который погружали электроды 3 и 4. В раствор органического полупроводника, полупроводник p-типа 1, погружали электрод 5. Между электродами 3 и 4 были подключены последовательно сопротивление 6, с которого снимались электрические колебания, и источник питания 7, с помощью которого создавалась разность потенциалов. Для подачи постоянного тока между электродами 4 и 5, замыкали ключ 8, подсоединяли последовательно микроамперметр 9, контролирующий значение силы тока, источник постоянного напряжения 10 и высокоомный резистор 11.

Пример конкретного выполнения 1. Для создания генерации электрических колебаний брали ванночку из диэлектрического материала, в частном случае из пластмассы, шириной 5 мм и глубиной 3 мм (на чертеже не изображена), в которую наливали 10% водный раствор тиазинового красителя метиленового голубого в качестве органического полупроводника p-типа 1 в количестве 2,4×10^-6 дм³. На полупроводник p-типа 1 нанесли анилин (Ч), являющийся полупроводником n-типа 2, в количестве 1,6×10^-6 дм³. В него погружали два электрода 3 и 4, выполненные в виде медных игл, гальванически обработанных оловом, d=0,25 мм. Ключ 8 в цепи между электродами 4 и 5 был разомкнут. Источником питания 7 создавали на электродах 3 и 4 отрицательный и положительный потенциалы соответственно. Разность потенциалов была равна 30 В. Между электродами 3 и 4 подключали резистор 6 сопротивлением 200 Ом, с которого с помощью осциллографа (на чертеже не изображен) фиксировали электрические колебания, амплитуда которых была равна 10 мА и частота 950 Гц.

Пример 2 аналогичен примеру 1, но ключ 8 замыкали и, благодаря наличию в цепи между электродами 4 и 5 микроамперметра 9, источника постоянного питания 10, имеющего ЭДС, равную 9 В, и высокоомного резистора 11 сопротивлением 1 МОм, между электродами 4 и 5 дополнительно задавали силу тока в 50 мкА, на резисторе 6 возникали электрические колебания при приложении разности потенциалов 5 В между электродами 3 и 4. Частота релаксационных колебаний амплитудой 2 мкА при этом равнялась 20 кГц. Пример 3 аналогичен примеру 2, но в качестве растворенного в дистиллированной воде полупроводника p-типа 1 брали трифенилметановый краситель фуксин различной концентрации с шагом 5% от 1 до 20%. Увеличение концентрации фуксина более 20% не влияет на выходные параметры. Полученные данные отображены в таблице 1.

Пример 4 аналогичен примеру 2 за исключением того, что в качестве полупроводника p-типа 1 использовали тиазиновый краситель метиленовый голубой различной концентрации, растворенного его в дистиллированной воде, с шагом 5% от 1 до 20%. Увеличение концентрации тиазинового красителя метиленового голубого более 20% не влияет на выходные параметры. Полученные данные отображены в таблице 1. Пример 5 аналогичен примеру 2, но в качестве полупроводника p-типа использовали глюкозу различной концентрации, растворяя ее в дистиллированной воде, с шагом 10% от 1 до 50%. Увеличение концентрации глюкозы более 50% не влияет на выходные параметры. Полученные данные отображены в таблице 1.

Таблица 1.
Зависимость параметров колебаний от вида полупроводника p-типа и его концентрации.
№ примеров	Полупроводник p-типа	Концентрация водного раствора	Частота генерируемых колебаний, Гц	Амплитуда генерируемых колебаний, В	Питающее напряжение, В
3	трифенил-	1%	15	0,02	30
	метановый	5%	600	0,08	30
	краситель	10%	1400	0,85	30
	фуксин	15%	8200	1,46	30
		20%	10000	1,8	30
4	Тиазиновый	1%	18	0,03	30
	краситель	5%	450	0,15	30
	метиленовый	10%	1300	0,9	30
	голубой	15%	7500	1,5	30
		20%	9800	1,85	30
5	Водный	1%	12	0,15	30
	раствор	10%	380	0,5	30
	глюкозы	20%	1300	1,2	30
		30%	7600	1,35	30
		40%	8200	1,86	30
		50%	9600	2	30

При концентрациях меньших 1% полупроводника p-типа генерация не наблюдалась.

Пример 6. Для создания генерации электрических колебаний брали ванночку из диэлектрического материала, в частном случае из пластмассы, шириной 5 мм и глубиной 3 мм (на чертеже не изображена), в которую наливали 10% водный раствор тиазинового красителя метиленового голубого в качестве органического полупроводника p-типа 1 в количестве 2,4×10^-6 дм³. На полупроводник p-типа 1 наносили анилин (Ч), являющийся полупроводником n-типа 2, в количестве 1,6×10^-6 дм³. В него погружали два электрода 3 и 4, выполненные в виде медных игл, гальванически обработанных оловом, d=0,25 мм. Между электродами 3 и 4 подключали резистор 6 сопротивлением 200 Ом, с которого с помощью осциллографа (на чертеже не изображен) фиксировали электрические колебания. Ключ 8 в цепи между электродами 4 и 5 был замкнут. Источником питания 7 создавали на электродах 3 и 4 отрицательный и положительный потенциалы соответственно. Разность потенциалов изменяли с шагом 5 В между электродами 3 и 4 от 5 до 70 В. Благодаря наличию в цепи между электродами 4 и 5 микроамперметра 9, источника постоянного питания 10, имеющего ЭДС, равную 9 В, и высокоомного резистора 11 сопротивлением 1 МОм, между электродами 4 и 5 дополнительно задавали силу тока от 1 мкА до 500 мкА с шагом 50 мкА. При этом на резисторе 6 фиксировали релаксационные колебания, частота которых увеличивалась от 1 Гц до 10 МГц и рост амплитуды от 0,01 до 2 В. Результаты наблюдений занесены в таблицу 2.

Таблица 2.
Зависимость величины напряжения между электродами 3 и 4 и величины силы тока между электродами 4 и 5.
Питающее напряжение, В	Величина тока между контактами 4 и 5, мкА	Частота релаксационных колебаний, Гц	Амплитуда импульсов, В
0,5	-	-	-
5	1	1	0,01
10	50	42	0,08
20	100	940	0,15
30	150	1200	0,34
40	200	8800	0,56
50	300	13000	1,2
60	400	860000	1,6
70	500	9500000	1,9
80	600	-	-

Из таблицы 2 следует, что использование напряжений величиной меньше 5 В нецелесообразно, так как не позволяет получить электрические колебания на резисторе 6. При напряжениях выше 70 В колебания на резисторе 6 не наблюдаются, так как нарушается строение устройства, позволяющего наблюдать колебания.

1. Способ генерирования электрических колебаний с частотами, близкими к наблюдаемым у биологических объектов, включающий пропускание электрического тока и приложение разности потенциалов к полупроводниковому генератору, отличающийся тем, что в генераторе в качестве полупроводника р-типа используют водный раствор органического полупроводника р-типа, на который наносят жидкий органический полупроводник n-типа с погруженными в него электродами, между которыми прикладывают разность потенциалов 5-70 В, а между электродом, имеющим положительный потенциал, и опущенным в полупроводник р-типа электродом пропускают ток от 1 до 500 мкА.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического полупроводника р-типа используют водный раствор трифенилметанового красителя фуксина с концентрацией от 1 до 20%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического полупроводника р-типа используют водный раствор органического красителя метиленового голубого с концентрацией от 1 до 20%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического полупроводника р-типа может быть использован водный раствор глюкозы с концентрацией от 1 до 50%.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического полупроводника n-типа использован анилин.

Изобретение относится к области полупроводников, а именно к структурам, собранным из жидких органических полупроводников и основанным на их свойствах, которые могут найти широкое применение в биологии, экологии и медицине.

Электропроводящий композит для аналитического микрочипа // 2265918

Изобретение относится к микротехнологии и может быть использовано при изготовлении электродной системы микрочипа для микроаналитических приборов различного назначения.

Мономолекулярное электронное устройство // 2262158

Полимерная композиция // 2222065

Изобретение относится к области электротехники, в частности к полимерной композиции, содержащей по меньшей мере один по существу непроводящий полимер и по меньшей мере один электропроводящий наполнитель, в форме гранул, причем гранулы предпочтительно имеют размер в интервале до 1 мм, более предпочтительно между 0,04 и 0,2 мм, при объемном соотношении проводника и полимера предпочтительно от 3:1 до 15:1.

Хлоргаллий-(4',4'',4''',4''''-тетрахлор)-фталоцианин в качестве полупроводникового материала для изготовления терморезисторов // 1512105

Уф-фотоприемник на основе органических материалов // 2289871

Изобретение относится к фотодиодам, чувствительным к ультрафиолетовой области спектра

Способ генерирования электрических колебаний // 2361325

Изобретение относится к способу генерирования электрических колебаний с помощью полупроводников и жидких диэлектриков и может найти широкое применение в биологии, экологии, медицине и других отраслях, связанных с биологическими объектами

Способ генерирования колебаний // 2363075

Изобретение относится к способам генерирования электрических колебаний с помощью полупроводников и жидких диэлектриков и может найти широкое применение в биологии, экологии, медицине

Состав для получения инжектирующих дырки или транспортирующих дырки слоев в электролюминесцентных устройствах, органических элементах солнечных батарей, органических лазерных диодах, органических тонкопленочных транзисторах или органических полевых транзисторах или для получения электродов или электропроводных покрытий, электролюминесцентное устройство, а также органический светодиод // 2382809

Способ изготовления тонкопленочного органического покрытия // 2529216

Изобретение относится к технологии наноматериалов и наноструктур и может применяться для получения тонкопленочных полимерных материалов и покрытий, используемых как в сенсорных, аналитических, диагностических и других устройствах, так и при создании защитных диэлектрических покрытий. Cпособ изготовления тонкопленочного органического покрытия из катионного полиэлектролита включает модификацию подложки, приготовление водного раствора катионного полиэлектролита с адсорбцией полиэлектролита на подложку, промывку, сушку подложку с осажденным слоем. В качестве подложки используют монокристаллический кремний с шероховатостью, меньшей или сравнимой с толщиной получаемого покрытия. Для создания отрицательного электростатического заряда модифицируют подложку в растворе щелочи, перекиси водорода и воды при 75°С в течение 15 мин. Во время адсорбции осуществляют освещение подложки со стороны раствора светом с интенсивностью в диапазоне 2-8 мВт/см2 и с длинами волн из области собственного поглощения кремния. Изобретение позволяет уменьшить шероховатость и толщину органического покрытия. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.,5 табл., 6 пр.

Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей // 2554590

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям солнечной энергии в электрическую и тепловую и может быть использовано в электрических устройствах, например солнечных батареях, которые имеют формирующие структуры на основе композиционных материалов. В частности, изобретение относится к фотоэлектрическому элементу, состоящему из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, в составе электроноакцепторного слоя содержащему метанофуллерены, где в качестве метанофуллеренов используются соединения общей формулы в которой R = -СООСН3, -Cl, а в качестве электронодонорного слоя используется допированный соляной кислотой полианилин или полианилин на основе метансульфокислоты. Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы преобразователей солнечной энергии в электрическую и напряжения холостого хода. 1 табл., 4 пр.

Способ обработки электрода для органического электронного устройства // 2588605

Изобретение относится к способу, который включает этапы: обеспечение в электронном устройстве одного или больше электродов, содержащих металл или оксид металла, и нанесение на поверхность указанных электродов слоя, содержащего соединение, выбранное из формул I11, I12 и I15, и нанесение на поверхности указанных электродов, которые покрыты указанным слоем, который включает соединение, выбранное из формул I11, I12 и I15, или нанесение в области между двумя или больше указанными электродами органического полупроводника, где Rx представляет собой Н, NH2, и R обозначает в каждом случае одинаково или по разному F или C1-C15 перфторалкил и r представляет собой 0, 1, 2, 3 или 4. Также изобретение относится к составу для обработки электродов и органическому электронному устройству. Использование предлагаемого изобретения позволяет преодолеть недостатки металлических электродов, таких как низкая работа выхода и низкая устойчивость к окислению. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 пр.

Полимерное соединение и его применение в фотовольтаических устройствах // 2640810

Изобретение относится к полимерному соединению, к вариантам композиций, предназначенных для изготовления полимерных фотовольтаических, светоизлучающих устройств и органических транзисторов, а также к способу получения полимерного соединения и его применению. Полимерное соединение имеет общую формулу (I), где n - целое число от 2 до 2000 и представляет собой количество повторяющихся мономерных звеньев в полимерной цепи, которые могут быть идентичными или различными, R1, R2, R3, R4 - одинаковы или отличны друг от друга и представляют собой атом водорода, галогена, алкильную группу, алкоксильную группу, тиоалкильную группу, арильную группу, арилоксигруппу, тиоарильную группу, арилалкильную группу, арилалкоксигруппу, арилалкилтиогруппу, арилалкенильную группу, арилалкинильную группу, одновалентную гетероциклическую группу, гетероциклическую тиогруппу, аминогруппу, замещенную аминогруппу, силильную группу, замещенную силильную группу, ацильную группу, ацилоксигруппу, иминный остаток, амидную группу, кислотно-имидную группу, карбоксильную группу, замещенную карбоксильную группу, цианогруппу или нитрогруппу, R5, R6 - одинаковы или отличны друг от друга и представляют собой алкильную группу С1-С20; X представляет собой группу где Y=N-R7, или CR8R9, или SiR8R9, где R7, R8, R9 одинаковы или отличны друг от друга и представляют собой алкильную группу С1-С20 или принимают те же значения, что и R1, R2, R3, R4, R5 или R6, EG-1 и EG-2 - концевые группы полимерного соединения, не зависящие друг от друга и представляющие собой атом водорода, галогена, триалкилстаннил (-Sn(Alkyl)3), остаток борной кислоты (-В(ОН)2), эфир борной кислоты (-B(OAlkyl)2), арильный или гетероарильный фрагмент. Композиция содержит хотя бы одно полимерное соединение общей формулы (I) и по крайней мере один материал, выбранный из группы, включающей дырочно-транспортный материал, электрон-акцепторный материал, электрон-транспортный материал и светопоглощающий материал. По второму варианту композиция содержит хотя бы одно полимерное соединение общей формулы (I) и хотя бы одно фуллереновое соединение. Способ получения полимеров общей формулы (I) заключается в том, что проводят реакцию поликонденсации Стилле или Сузуки для связывания исходных мономеров вместе, с образованием сопряженного полимера. Полимеры формулы (I) применяют для изготовления фотовольтаических преобразующих устройств, предпочтительно солнечных ячеек, солнечных батарей, солнечных модулей и оптических сенсоров. Изобретение позволяет повысить электронные свойства полимеров и улучшить фотовольтаические свойства преобразующих устройств. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл., 4 пр.

Полимерное соединение и его применение в фотовольтаических устройствах // 2641103

Изобретение относится к полимерному соединению, к вариантам композиций, предназначенных для изготовления различных органических или гибридных оптоэлектронных изделий, структур и устройств, в том числе органических фотовольтаических устройств и органических светоизлучающих транзисторов, а также к способу получения полимерного соединения и его применению. Полимерное соединение имеет общую формулу (I), где n - целое число от 2 до 2000 и представляет собой количество повторяющихся мономерных звеньев в полимерной цепи, которые могут быть идентичными или различными, R1, R2, R3, R4 представляют собой атом водорода; R5, R6 одинаковы или отличны друг от друга и представляют собой алкильную группу С1-С20; X представляет собой группу где Y=N-R7, или CR8R9, или SiR8R9, где R7, R8, R9 одинаковы или отличны друг от друга и представляют собой алкильную группу С1-С20, EG-1 и EG-2 - концевые группы полимерного соединения, не зависящие друг от друга и представляющие собой атом водорода, галогена, триалкилстаннил (-Sn(Alkyl)3), остаток борной кислоты (-В(ОН)2), эфир борной кислоты (-B(OAlkyl)2), арильный или гетероарильный фрагмент. Композиция содержит хотя бы одно полимерное соединение формулы (I) и по крайней мере один материал, выбранный из группы, включающей дырочно-транспортный материал, электрон-акцепторный материал, электрон-транспортный материал и светопоглощающий материал. По второму варианту композиция содержит хотя бы одно полимерное соединение формулы (I) и хотя бы одно фуллереновое соединение. Способ получения полимеров формулы (I) заключается в том, что проводят реакцию поликонденсации Стилле или Сузуки для связывания исходных мономеров вместе с образованием сопряженного полимера. Полимеры формулы (I) применяют в изготовлении фотовольтаических преобразующих устройств, предпочтительно, солнечных ячеек, солнечных батарей солнечных модулей и оптических сенсоров. Изобретение позволяет получить полимер с оптимальными электронными свойствами, имеющий ширину запрещенной зоны 1,2-1,7 эВ, который можно использовать при изготовлении фотовольтаических преобразующих устройств с более высокими эффективностями фотоэлектрического преобразования света. 5 н. и 11 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл., 8 пр.