Noticias

Nov 13, 2023

Análisis de rendimiento de la salinidad basado en dos hexagonales

Informes científicos volumen 12,

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 22133 (2022) Citar este artículo

615 Accesos

1 Altmetric

Detalles de métricas

Hemos diseñado una estructura única para un sensor de líquido basado en PC bidimensionales con una red triangular constante en la periodicidad mediante la perforación de un cilindro hexagonal en un material de alojamiento dieléctrico. Usando el enfoque multifísico de COMSOL, investigamos la estructura dada y el rendimiento de detección basado en el método de elementos finitos. Optimizaremos los cristales fotónicos hexagonales bidimensionales para localizar la región de la banda prohibida fotónica en el rango de frecuencias del infrarrojo medio y lejano, ya que el agua es un buen absorbente para este rango de frecuencias. Luego, inyectamos el cilindro hexagonal central con agua salina y calculamos los parámetros del sensor para diferentes valores del índice de refracción del agua salina a diferentes frecuencias relacionadas con las brechas de banda fotónica. Podríamos alcanzar las condiciones óptimas del sensor de salinidad como la media diagonal de la forma hexagonal (R) = 500 nm, la distancia perpendicular entre las dos diagonales hexagonales (D) = 250 nm y el número de periodos (N) = 5 , que brinda una alta eficiencia con sensibilidad (S) = 525 nm/RIU, figura de mérito (FOM) = 80,7 RIU−1 y factor de calidad (Q) = 375. Se investigan los efectos de las características estructurales en el rendimiento de detección, con Se proponen nuevos enfoques para mejorar los sensores de salinidad. Además, los sensores de salinidad tradicionales pueden ser reemplazados por el método propuesto en la aplicación de fotosensores, que es simple y práctico para su uso en las técnicas de desalinización térmica.

Los cristales fotónicos se consideraron estructuras de nuevos materiales con propiedades ópticas que se modifican periódicamente1,2,3,4,5. Las PC son actualmente una tecnología destacada en los métodos fotónicos6,7. Debido a que sus constantes ópticas dependen de la longitud de onda incidente, también se consideran un medio dispersivo. Las PC han atraído mucho interés debido a su inusual interacción con EMW8. Además, las PC pueden controlar y regular la transmisión de EMW. Para que la EMW pueda enfocarse en una región activa según los requisitos de la aplicación9. La brecha de banda fotónica (PBG) es un aspecto importante de las PC, en el que los modos electromagnéticos no pueden propagarse a través de la estructura en esta región de longitudes de onda incidentes. Por lo tanto, estos PBG tienen una zona prohibida para la propagación de fotones, pero no obstante permiten la presencia de modos localizados y ondas ópticas restringidas10. Esta propiedad abre una gran tendencia en el manejo de la luz para solucionar la disipación de potencia en aplicaciones ópticas. Por lo tanto, también se puede emplear en una variedad de campos, como la fotodetección11 y la detección12. De lo contrario, la conversión de energía solar13,14,15 y la desalinización de agua basada en PC16 están en aumento.

Los científicos e investigadores han centrado recientemente sus esfuerzos en el examen de las tecnologías de desalinización. Por lo tanto, el sensor de salinidad es muy importante para determinar el nivel de salinidad del agua dulce generada. La salinidad (S) definida como la cantidad de sal en gramo disuelta en 1g de agua salada y representada en partes por mil (PPT), indica la cantidad de sal en el agua de mar. Se ha observado que la salinidad del océano abierto está entre 34 y 37 PPT, que también se puede expresar como 34 a 37 unidades prácticas de salinidad (PSU). Donde, el agua de mar con S igual a 35 contiene aproximadamente 35 g de sal y 965 g de agua, o 35 ppt (35 PSU). Por lo tanto, el agua podría usarse para riego y consumo humano en \(S\le 0.5 \left(PPT\right)\)17. La interacción de EMW y agua salina es el método fundamental de detección del nivel de salinidad que se ha utilizado durante décadas18,19. Por lo tanto, las PC, la interacción de EMW con la materia, se han empleado recientemente ampliamente para identificar aplicaciones de fluidos, ya que pueden proporcionar altos grados de sensibilidad para cambiar el índice de refracción. Además, según la fórmula del efecto termoóptico, las PC pueden utilizarse como sensores de temperatura porque el índice de refracción varía con la temperatura20. Por lo tanto, las PC podrían usarse para determinar el índice de refracción de líquidos y gases según investigaciones publicadas previamente21,22,23. Como resultado, el uso de tecnología de PC es una nueva clase de tecnología de desalinización, especialmente para determinar el nivel de salinidad24. El precepto del sensor depende de la generación de modos de defecto dentro de los rangos de PBG que se deben a las variaciones en el índice de refracción del fluido circundante. Los analitos biológicos también se pueden detectar con sensores bidimensionales de microcavidades de PC y consideraciones teóricas25.

Los investigadores están interesados ​​en las PC bidimensionales porque pueden utilizarse como guías de ondas y controles de luz26. Además, la red triangular de las PC bidimensionales se utiliza para diseñar puertas lógicas ultracompactas27. Además, el calcogenuro de As2Se3 con varillas reticulares triangulares dentro del aire se utiliza para diseñar puertas lógicas digitales y divisores de potencia totalmente ópticos mediante la construcción de un defecto de línea (quitando varillas) en la dirección diagonal de las PC28. Debido a la popularidad de las PC 2D, tendemos a diseñar un sensor de salinidad basado en las propiedades fundamentales de las PC 2D con una constante de red triangular y una celda unitaria hexagonal, como veremos en detalle en la siguiente sección.

El propósito de este trabajo es mostrar cómo 2D-PCs con una constante de red triangular y la celda unitaria hexagonal pueden determinar el nivel de salinidad del agua de mar. La salinidad está representada por el índice de refracción del agua salina, que varía de 1.3326 a 1.3505 RIU. Hemos investigado la transmisión normal a través de una losa perforada con agujeros hexagonales a intervalos triangulares. Luego, el desempeño del sensor se evaluará mediante el cálculo de una variedad de parámetros como la figura de mérito (FOM), el factor de calidad (Q) y la sensibilidad (S)29,30.

Nos fijamos en el modelado teórico de la estructura actual. El método de elementos finitos [FEM] es el método matemático fundamental utilizado en el procedimiento de simulación multifísica COMSOL31,31. Como hemos mostrado en la Fig. 1, la estructura considerada se compone de orificios perforados hexagonales que unen las células dentro de una matriz de material huésped con la matriz triangular en dos direcciones y homogénea en la tercera dirección, que creemos que son PC bidimensionales.

Estructura esquemática de 2D-PC con celda unitaria hexagonal (A) superficie de la estructura con las distancias entre el hexágono como se muestra, (B) una celda unitaria y (C) la matriz de la celda unitaria en la dirección x.

En la Fig. 1, X es el parámetro de la red diagonal (de centro a centro), R es la media diagonal de la forma hexagonal y D es la distancia perpendicular entre las dos diagonales hexagonales, como se muestra. A es el parámetro de red en la dirección X como se muestra, donde

La estructura considerada en la Fig. 1 tiene más de un parámetro, como el parámetro de red (de centro a centro), R, la media diagonal de la forma hexagonal y D, la distancia perpendicular entre dos hexágonos diagonales como se muestra. Por lo tanto, estudiamos las propiedades ópticas de las estructuras consideradas como se muestra en la Fig. 1 para obtener la propiedad de alta sensación. Podemos ver en la Ec. (3), el índice del agua depende de los diferentes parámetros: salinidad S (%), temperatura del agua de mar (°C) y longitud de onda (\(\lambda\)) en nm32,33.

Para la estructura considerada en la Fig. 1, consiste en orificios hexagonales perforados en un material huésped de dióxido de titanio. Todos los agujeros están ocupados con aire, por lo que se espera que se detecte el agujero central, que está lleno de agua salada. Finalmente, el rendimiento del sensor de salinidad considerado se calcula por varios factores como hemos mencionado. Las ecuaciones (4, 5 y 6) a continuación se usan comúnmente para calcular estos valores34.

donde \(\Delta \lambda\), \(\Delta n\) y \({\lambda }_{r}\) son las diferencias de longitud de onda, el cambio del índice de refracción y la longitud de onda central, respectivamente. FWHM representa las ondas completas a la mitad del máximo.

Nuestro procedimiento de simulación se realiza en dos dimensiones, con propiedades homogéneas en la tercera dimensión. Las condiciones de contorno del procedimiento de simulación para las 2D-PC con una celda unitaria hexagonal de agua salina son condiciones periódicas para los dos lados perpendiculares a la dirección de propagación de la onda como en la Fig. 1C. Además, el tamaño de malla debe ser 10 veces más pequeño que la longitud de onda incidente más pequeña con un tamaño triangular libre para obtener resultados más precisos en el método de elementos finitos. Por lo tanto, los parámetros de mallado de simulación son el tamaño máximo del elemento igual a \(70 (\mathrm{nm})\), el tamaño mínimo del elemento igual a 0.213 \((\mathrm{nm})\), y la tasa máxima de crecimiento del elemento es 1.1. Sustituimos el índice de refracción del material anfitrión \((Ti{O}_{2})\) para que sea 2,535 en la parte de definición de materiales del modelo.

En esta parte, presentaremos los resultados teóricos y las discusiones para que el procedimiento de optimización de nuestra estructura sea altamente sensible a cualquier cambio en el índice (n) de un agua salina que depende de la salinidad. Los resultados y las discusiones presentados aquí se presentan en dos etapas: primero, optimizaremos las PC hexagonales 2D para localizar la región de la brecha de banda fotónica en un rango de frecuencia específico relacionado con las propiedades ópticas del agua de mar. Luego, a través de la segunda etapa, nos ocupamos de los cristales fotónicos bidimensionales defectuosos, en los que la capa defectuosa de la estructura es el agua salina. Finalmente, pudimos lograr la condición óptima del sensor de salinidad además en la aplicación de fotosensores.

Aquí, estudiamos el efecto de cada parámetro, como el número de períodos (N), la media diagonal de la forma hexagonal (R) y la distancia perpendicular entre dos cilindros hexagonales diagonales (D), en las propiedades ópticas de la estructura considerada de 2D-hexagonal-PCs, especialmente en ancho y posición de PBG. Por lo tanto, el estudio del efecto del número de períodos se muestra en la figura 2. La figura 2 representa el espectro de transmisión de la celda unitaria hexagonal bidimensional. Todos los cilindros (hexagonal) con un radio \(( R)=80 \mathrm{nm}\), están llenos de aire, y \(D=160 \mathrm{nm},\) en material huésped de dióxido de titanio \( (Ti{O}_{2})\) para diferentes valores de N como se muestra. Aquí, la posición de PBG es casi constante al aumentar el valor de N en el rango de longitud de onda aproximadamente de 940 a 1200 nm, como se ha mostrado, pero provoca la nitidez de los bordes de PBG.

Propiedad de transmisión de una celda unitaria de cilindro hexagonal bidimensional con \(R=80 nm\),\(D=160 nm,\) y todos los cilindros están llenos de aire en el material huésped de dióxido de titanio \((Ti{ O}_{2})\) con variaciones de número de períodos como se muestra.

Además, descubrimos que, para valores más altos de N períodos, los picos de resonancia son más agudos que los demás. Por lo tanto, optimizamos para producir la estructura completa para este mayor número de períodos para mejorar la sensibilidad de nuestro sensor. La Figura 3 ilustra la distribución de campos eléctricos a través de la estructura considerada. También localiza el campo eléctrico dentro de los vertidos de las estructuras presentadas, lo que le da a la estructura la ventaja de distinguir entre los diferentes índices de refracción.

La distribución del campo eléctrico dentro de la estructura de una celda unitaria de cilindro hexagonal bidimensional con \(R=80 \mathrm{nm}\), \(D=160 \mathrm{nm},\) y todos los cilindros están llenos de aire en el material huésped de dióxido de titanio \((Ti{O}_{2})\). Además, N períodos equivalen a 7 para diferentes valores de frecuencia de incidentes como en (A) y (B).

En la Fig. 3, tomamos una matriz de celdas unitarias hexagonales con una capa de coincidencia perfecta en la dirección de propagación de la onda y una condición límite periódica en la dirección normal. También estudiamos la distribución del campo eléctrico dentro de la estructura, como hemos mostrado. Por lo tanto, a esta cierta frecuencia, como hemos mostrado en la Fig. 3a, notamos que se altera la localización del campo eléctrico en el poro central. Por lo tanto, usamos esta frecuencia para diferenciar entre diferentes analitos en este poro. Luego, optimizamos el valor de la distancia perpendicular entre dos poros hexagonales \((D)\) para la localización de la PBG en una región específica como se muestra en la Fig. 4. En la Fig. 4, al aumentar el valor de los picos de resonancia , se vuelven más nítidos que los demás y la región PBG se desplaza hacia las longitudes de onda más largas.

Propiedad de transmisión de una celda unitaria de cilindro hexagonal bidimensional con \(R=80 \mathrm{nm}\), \(N=11,\) y todos los cilindros están llenos de aire en el material huésped de dióxido de titanio \((Ti {O}_{2})\) en diferentes valores de \(D\) como se muestra.

Finalmente, optimizamos el valor de R, que se considera como la media diagonal de la forma hexagonal, como discutimos previamente en la Secc. 2. El objetivo de la optimización es la localización del PBG en el espectro infrarrojo cercano o medio debido a las propiedades ópticas del agua. En la Fig. 5, al aumentar el valor de \(R\), el ancho de la PBG aumenta y la posición de la PBG se desplaza a longitudes de onda más largas, como hemos mostrado. Por lo tanto, recopilamos los últimos resultados en la Tabla 1, que representan el proceso de optimización de PBG en el rango de frecuencia específico que necesitamos para nuestra aplicación de sensor de salinidad. De la Tabla 1, para localizar un PBG amplio en el espectro IR, debemos elegir la estructura con valores más altos de cada R y D.

Propiedad de transmisión de la celda unitaria de cilindro hexagonal bidimensional con \(\mathrm{D}=120\mathrm{ nm}\),\(\mathrm{N}=11,\) y todos los cilindros están llenos de aire en el host material de dióxido de titanio \(({\mathrm{TiO}}_{2})\) a diferentes valores de \(\mathrm{r}\) como se muestra.

Al final de esta subsección, estudiamos las propiedades ópticas del agua. Se sabe que la variación del índice de refracción del agua depende de la longitud de onda incidente, y varía de 1,15 a 1,5 URI. Como resultado, a la luz visible, el índice de refracción del agua dulce es aproximadamente igual a 1,33 RIU29. Además, el coeficiente de extensión del agua también varía en función de la longitud de onda. Además, tenemos el espectro de absorción del agua como en la Fig. 6, que confirma que el agua es transparente para el espectro ultravioleta y visible debido a su baja absorbancia para estas longitudes de onda, como se muestra. Además, el agua se absorbe fuertemente en el espectro IR medio y lejano. Por lo tanto, como comentamos anteriormente en la última sección, el índice de agua salina cambia de 1.3326 a 1.3505 RIU debido a la variación en el nivel de sal de 0 a 100%. Como resultado, probamos la capacidad de nuestra estructura para caracterizar los diversos índices de refracción del agua salina como medida del nivel de salinidad del agua de mar.

Espectro de absorción de agua en función de la longitud de onda incidente36.

Después de la optimización de las PC hexagonales 2D, pudimos localizar el PBG según lo necesitábamos para cualquier aplicación específica. Por ello, en el siguiente subapartado estudiaremos los modos defectuosos de las últimas estructuras para ser sensores de salinidad del agua salina en las técnicas de desalación de agua.

Nos preocupa la estructura defectuosa del sensor de salinidad. Nuestra estructura es un cristal infinito hecho de orificios perforados hexagonales dentro de un material anfitrión de dióxido de titanio \((Ti{O}_{2})\), que creemos que son 2D-PC, como hemos mostrado en la Fig. 1. Excepto el cilindro hexagonal central, que contiene el agua salina a investigar, todos los cilindros hexagonales de la Fig. 1 están llenos de aire.

En la Fig. 7, la curva del espectro de transmisión se forma usando FEM. En la Fig. 7A, esta estructura consiste en la celda unitaria de cilindro hexagonal bidimensional con \(r=80 nm,\) \(D=80 nm\),\(y número de periodos (N)=5,\) en el material huésped hecho de dióxido de titanio \(\left(Ti{O}_{2}\right)\), y todos los cilindros están llenos de aire. Como hemos mostrado, se forma una PBG en la región espectral de 549 a 813 nm. Al inyectar agua salina en la parte central de la estructura de la Fig. 7B, notamos un pico de defecto a 565 nm. Sin embargo, no podemos diferenciar entre los diferentes índices de refracción del agua salina, por lo que ampliamos el rango de longitud de onda de 550 a 580 nm, como se muestra en la Fig. 7C. Como resultado, se deben calcular los atributos de este sensor: sensibilidad \((S)=67 nm/RIU\), \(Q=128 ,\) y figura de mérito \(\left(FOM\right)=15 {RIU}^{-1}\).

La propiedad de transmisión de la celda unitaria de cilindro hexagonal bidimensional con \(\mathrm{R}=80\mathrm{ nm}\) \(\mathrm{D}=80\mathrm{ nm}\),\(\mathrm {N}=5,\mathrm{ y}\) el material huésped es dióxido de titanio \(\left({\mathrm{TiO}}_{2}\right)\). (A) Todos los cilindros están llenos de aire\(,\) (B) Todos los cilindros están llenos de aire excepto el vertido centrado que se llenó de agua salina con diferentes valores de índice de refracción, y (C) haga zoom en el pico del defecto en la figura B .

Luego, aumentando la dimensión de la estructura donde,\(R=180 nm\), \(D=120 nm\),\(N=5,\mathrm{ y}\) el material huésped es dióxido de titanio \( \left(Ti{O}_{2}\right)\), todos los cilindros están llenos de aire. Como hemos mostrado en la Fig. 8A, se forma una PBG en la región espectral de 922 a 1482 nm. Al inyectar agua salina en la parte central de la estructura de la Fig. 8B, notamos un pico de defecto a 1000 nm. Sin embargo, no podemos diferenciar entre los diferentes índices de refracción del agua salina, por lo que ampliamos el rango de longitud de onda de 980 a 1020 nm, como se muestra en la Fig. 8C. Como resultado, se deben calcular los atributos de este sensor, sensibilidad \((S)=200 nm/RIU\), \(Q=285.4 ,\) y figura de mérito \(\left(FOM\right)=57 {RIU}^{-1}\).

Propiedad de transmisión de una celda unitaria de cilindro hexagonal bidimensional con \(\mathrm{R}=180\mathrm{ nm}\) \(\mathrm{D}=120\mathrm{ nm}\),\(\mathrm{N }=5,\mathrm{ y}\) el material huésped dióxido de titanio \(\left({\mathrm{TiO}}_{2}\right)\). (A) Todos los cilindros están llenos de aire; (B) Todos los cilindros están llenos de aire excepto el vertido centrado, que está lleno de agua salina con valores de índice de refracción variables; y (C) acercar el pico del defecto en la figura (B).

De la misma manera, no podemos diferenciar entre los diferentes índices de refracción del agua salina, por lo que ampliamos el rango de longitud de onda de 550 a 580 nm como se muestra en la Fig. 7C. Como resultado, se deben calcular los atributos de este sensor: sensibilidad \((S)=67 nm/RIU\), \(Q=128 ,\) y figura de mérito \(\left(FOM\right)=15 {RIU}^{-1}\).

Por el mismo procedimiento de aumentar la dimensión de la estructura, donde, \(R=250 nm,\) y \(D=120 nm\), como en la Fig. 9, la sensibilidad \((S)=279 nm/ RIU\), \(Q=324 ,\) y figura de mérito \(\left(FOM\right)=75 {RIU}^{-1}\). Además, para \(R=500 nm,\) y \(D=250 nm\), como en la Fig. 10, la sensibilidad \((S)=525 nm/RIU\), \(Q=376 ,\ ) y figura de mérito \(\left(FOM\right)=80.7 {RIU}^{-1}\). Así que tenemos una mejora en el rendimiento de detección al aumentar la dimensión de la estructura considerada.

Propiedad de transmisión de la celda unitaria de cilindro hexagonal bidimensional con \(\mathrm{R}=250\mathrm{ nm}\) \(\mathrm{D}=120\mathrm{ nm}\),\(\mathrm{N }=5,\mathrm{ y}\) el material huésped es dióxido de titanio \(\left({\mathrm{TiO}}_{2}\right)\). (A) Todos los cilindros están llenos de aire; (B) Todos los cilindros están llenos de aire excepto el vertido centrado, que está lleno de agua salina con valores de índice de refracción variables; y (C) acercar el pico del defecto en la figura (B).

Propiedad de transmisión de la celda unitaria de cilindro hexagonal bidimensional con \(\mathrm{R}=500\mathrm{ nm}\) \(\mathrm{D}=250\mathrm{ nm}\),\(\mathrm{N }=5,\mathrm{ y}\) el material huésped es dióxido de titanio \(\left({\mathrm{TiO}}_{2}\right)\). (A) Todos los cilindros están llenos de aire; (B) Todos los cilindros están llenos de aire excepto el vertido centrado, que está lleno de agua salina con valores de índice de refracción variables; y (C) acercar el pico del defecto en la figura (B).

La Tabla 2 muestra que el rendimiento del sensor depende de la dimensión de la estructura, que discutimos anteriormente en esta parte. Por lo tanto, trazamos la relación entre los parámetros del sensor [S, Q y FOM] y la posición del pico del defecto en la región PBG como se muestra en la Fig. 11. Notamos que la sensibilidad aumenta al cambiar el pico del defecto hacia longitudes de onda (espectro IR medio). Además, como se muestra en la Fig. 11, la cifra de mérito (FOM) y el factor de calidad (Q) parecen ser constantes en las longitudes de onda más largas. Por lo tanto, la sensibilidad del agua salina se alcanza a \(525 nm/RIU\) en el pico del defecto ubicado en el espectro IR medio debido a la alta absorbancia del agua en el espectro IR medio, como discutimos previamente en la Fig. 6. Por lo tanto, nuestra estructura de cilindro hexagonal perforado en materiales anfitriones de dióxido de titanio tiene una alta capacidad para determinar el índice de refracción del agua salina que se conoce como el nivel de salinidad.

La dependencia de los parámetros del sensor en la posición del pico del defecto.

Aquí, esta estructura considerada de la celda unitaria hexagonal de 2D-PC es una extensión de nuestro trabajo anterior para las 2D-PC con una celda unitaria circular que se publicó en ciencia e ingeniería de materiales B31. La sensibilidad de la celda unitaria circular se alcanza a 58 [nm/RIU] según lo publicado en 37,38. Por lo tanto, la comparación entre los sensores de salinidad circulares y hexagonales confirma que la forma hexagonal es de alta sensibilidad para la salinidad del agua en lugar de la estructura convencional. de celda unitaria circular.

En este artículo, mostramos cómo utilizar cristales fotónicos de cilindros hexagonales bidimensionales como sensor de salinidad. Diseñamos las estructuras de tal manera que todos los cilindros hexagonales de radio r estén llenos de aire, con la excepción del vertido centrado, que está lleno de agua salina con valores de índice de refracción variables [1.3326–1.3505 RIU]. Optimizamos los cristales fotónicos hexagonales bidimensionales para localizar la región de banda prohibida fotónica en el rango de frecuencias del infrarrojo medio, ya que el agua es un buen absorbente para este rango de frecuencias. Al ajustar la dimensión del sensor son: \(R=500 \mathrm{nm},\) y \(D=250 \mathrm{nm}\) para dar un PBG de 2304 a 3566 nm, también, la sensibilidad \ ((S)=525 nm/RIU\), \(Q=376 ,\) y figura de mérito \(\left(FOM\right)=80.7 {RIU}^{-1}\). Tenemos una mejora en el rendimiento de detección al aumentar la dimensión de la estructura considerada. La sensibilidad cambió de 67 \(\mathrm{nm}/\mathrm{RIU}\) (PBG en el espectro visible) a 525 \(\mathrm{nm}/\mathrm{RIU}\) (PBG en IR medio espectro). Por lo tanto, al aumentar las dimensiones de la estructura, como R y D, la brecha de banda fotónica se desplaza a longitudes de onda más largas y aumenta la sensibilidad del sensor. El método de elementos finitos (FEM) del programa multifísico COMSOL se utiliza en nuestros procedimientos de modelado y simulación. Se ha probado que el presente diseño puede determinar el índice de refracción del agua salina que corresponde al nivel de salinidad necesario para llevar a cabo el proceso de desalinización. Además, estos resultados destacaron los atributos de dispositivo recomendados en el campo de las aplicaciones fotosensibles.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

No se utiliza ningún código en este estudio.

Aly, AH, Hsu, H.-T., Yang, T.-J., Wu, C.-J. & Hwangbo, CK Propiedades ópticas extraordinarias de un rango de operación de permitividad cercana a cero multicapa periódica superconductora. Aplicación J. física 105, 083917–083926 (2009).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Aly, AH, Ryu, SW, Hsu, HT y Wu, CJ Transmitancia de THz en una superred dieléctrica de nanomateriales superconductores unidimensionales. Mate. química física 113(1), 382–384 (2009).

Artículo CAS Google Académico

Aly, AH & Mohamed, D. Cristal fotónico superconductor unidimensional BSCCO/SrTiO3 para muchas aplicaciones. J. Supercond. Magn. de noviembre 28, 1699–1703 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Awad, MA & Aly, AH Estudios experimentales y teóricos de híbrido multifuncional TiO2/TiN/TiO2. Cerámica. En t. 45(15), 19036–19043 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Aoki, K. et al. Cristales fotónicos tridimensionales para longitudes de onda óptica ensamblados por micromanipulación. aplicación física Letón. 81 (3122–3124), 2002 (2002).

Google Académico

Yablonovitch, EJ Opt. Soc. Soy. B 10, 283 (1993).

Artículo ADS CAS Google Académico

Joannopoulos, J. y Winn, J. Cristal fotónico: moldeando el flujo de luz (Princeton University Press, 2008).

Yablonovitch, E. Emisión espontánea inhibida en física y electrónica de estado sólido. física Rev. Lett. 58, 2059 (1987).

Artículo ADS CAS Google Académico

Zhou, L. et al. Autoensamblaje 3D de nanopartículas de aluminio para desalinización solar mejorada con plasmones. Nat. Fotón. 10, 393–398 (2016).

Artículo ADS CAS Google Académico

Krokhin, AA, Reyes, E. & Gumen, L. Índice de refracción de baja frecuencia para un cristal fotónico dieléctrico metálico bidimensional. física Rev. B 75, 045131 (2007).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Furchi, M. et al. Fotodetector de grafeno integrado en microcavidades. Nano Lett. 12, 2773–2777 (2012).

Artículo ADS CAS Google Académico

Fenzl, C., Hirsch, T. y Wolfbeis, OS Cristales fotónicos para detección química y biodetección. Angew. química En t. ed. 53, 3318–3335 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Aly, AH & Sayed, H. Mejora de la celda solar basada en cristales nanofotónicos. J. Nanofotón. 11(4), 046020 (2017).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Aly, AH, Sayed, H. & Elsayed, HA Desarrollo de la celda solar monocapa de silicio basada en cristales fotónicos. SILICIO 11, 1377–1382 (2018).

Artículo Google Académico

Aly, AH & Sayed, H. Materiales de banda prohibida fotónica y celda solar monocapa. Superficie Rev. Lett. 25(8), 1 (2018).

CAS Google Académico

Sayed, H., Krauss, TF y Aly, AH Versátiles materiales fotónicos de banda prohibida para la desalinización de agua. Óptica – Int. J. Luz de electrones. Optar. 219, 165160 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Byrne, RH, Mackenzie, FT y Duxbury, AC "Agua de mar". Enciclopedia Británica, 28 de abril de 2022, https://www.britannica.com/science/seawater. Consultado el 26 de octubre de 2022.

Adamo, F., Attivissimo, F. & Carducci, CGC Una pequeña red de sensores para el monitoreo de la calidad del agua de mar. IEEE Sens. J. 15(5), 2514–2522 (2015).

Artículo ADS CAS Google Académico

Wu, C., Guan, B., Lu, C. y Tam, H. Sensor de salinidad basado en fibra de cristal fotónico recubierta de poliimida. Optar. Exp. 19(21), 1 (2011).

Artículo Google Académico

Aly, AH & Sayed, H. Simulación por computadora y modelado de energía solar basado en materiales fotónicos de banda prohibida. Aplicación óptica (OA) 48(1), 1 (2018).

ANUNCIOS Google Académico

Paul, AK Diseño y análisis de sensor de índice de refracción plasmónico de fibra de cristal fotónico para monitoreo de condición de aceite de transformador. Continuo AOS. 3(8), 2253–2263 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Akter, S. et al. Sensor de índice de refracción de alta sensibilidad para medir la temperatura y la salinidad del agua de mar. Optik 216, 1 (2020).

Artículo Google Académico

Monfared, YE Descripción general de los avances recientes en el diseño de biosensores de fibra óptica plasmónicos. Biosensores 10(77), 1 (2020).

Google Académico

Aly, AH, Elsayed, H. & El-Naggar, S. Ajuste del flujo de luz en cristales fotónicos metálicos bidimensionales basados ​​en el efecto Faraday. Mod. J. Optar. 64(1), 74–80 (2017).

Artículo ADS CAS Google Académico

Liu, Y. & Salemink, HWM Sensor en chip totalmente óptico basado en cristal fotónico. Optar. Expresar. 20(18), 19912–19920 (2012).

Artículo ADS CAS Google Académico

Yanik, MF, Fan, S., Soljacic, M. y Joannopoulos, JD Acción de transistor totalmente óptico con conmutación biestable en una geometría de guía de onda cruzada de cristal fotónico. Optar. Letón. 28, 2506–2508 (2003).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Parandin, F., Malmir, MR, Naseri, M. & Zahedi, A. Puertas lógicas NOT, XOR y NOR totalmente ópticas reconfigurables basadas en cristales fotónicos bidimensionales. Superl. Microestructura. 113, 737–744 (2017).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Saghaei, H., Zahedi, A., Karimzadeh, R. & Parandin, F. Defectos de línea en cristales fotónicos de As2Se3-calcogenuro para el diseño de divisores de potencia totalmente ópticos y puertas lógicas digitales. Superl. Microestructura. 110, 133–138 (2017).

Artículo ADS CAS Google Académico

Mehaney, A., Abadlab, MM & Elsayed, HA Cristales fotónicos de silicio poroso 1D que comprenden resonancia Tamm/Fano como sensores ópticos de alto rendimiento. J. Mol. Liq. 322, 114978 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Sayed, H., & Aly, AH Sensor de salinidad basado en cristales fotónicos 1-D por resonancia Tamm con diferentes formas geométricas. Aceptado para publicación en revista plasmónica https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-327512/v1

Quan, XH & Fry, ES Ecuación empírica para el índice de refracción del agua de mar. aplicación Optar. 34, 3477-3480 (1995).

Artículo ADS CAS Google Académico

Sayed, H. & Aly, AH Sensor óptico de salinidad mediante el uso de cristales fotónicos bidimensionales: estudio computacional. Mate. ciencia Ing., B 269, 115169 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Vigneswaran, D., Ayyanar, N., Mohit Sharma, M., Sumathi, MSM y Rajan, KP Sensor de salinidad con fibra de cristal fotónico. Sens. Actuators A 269, 22–28 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Amiri, IS et al. Sensor dual de índice de refracción basado en fibra de cristal fotónico de tres núcleos para detección de salinidad y temperatura. Microondas. Optar. Tecnología Letón. 61(3), 847–852 (2019).

Artículo Google Académico

Fuente de agua líquida: http://www1.lsbu.ac.uk/water/vibrat.html#uv

Hale, GM & Querry, MR Constantes ópticas del agua en la región de longitud de onda de 200 nm a 200 µm. aplicación Optar. 12, 555–563 (1973).

Artículo ADS CAS Google Académico

Bodurov, I., Vlaeva, I., Viraneva, A., Yovcheva, T. y Sainov, S. Diseño modificado de un refractómetro láser. Nanosci. Nanotecnología. 16, 31–33 (2016).

CAS Google Académico

Amoudache, S. et al. Detección simultánea de velocidades de luz y sonido de fluidos en un cristal foXónico bidimensional con defectos. Aplicación J. física 115, 134503 (2014).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Descargar referencias

Los autores extienden su agradecimiento al Decanato de Investigación Científica de la Universidad King Khalid por financiar este trabajo a través del Proyecto de grandes grupos con el número de subvención RGP. 38/2/43.

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por The Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) en cooperación con The Egyptian Knowledge Bank (EKB). Los autores no declaran fondo.

Grupo TH-PPM, Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Beni-Suef, Beni Suef, 62514, Egipto

Hassan Sayed y Arafa H. Aly

Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad King Khalid, Abha, 62529, Arabia Saudita

M. Al-Dossari

Facultad de Tecnología y Educación, Universidad de Beni-Suef, Beni Suef, 62521, Egipto

Mohamed A. Ismail

Departamento de Física, University College in Al-Aarda, Jazan University, Jazan, 82817, Arabia Saudita

Mohamed A. Ismail

Facultad de Ciencias, Universidad King Khalid, Mohayel Asser, Abha, 61421, Arabia Saudita

NS Abd El-Gawaad

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

HS, AHA concibió los diseños. AHA, HS, MA, MAI y NS diseñaron y realizaron los análisis. MAI y MA realizaron software. AHA y HS analizaron los resultados. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Arafa H. Aly.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Sayed, H., Al-Dossari, M., Ismail, MA et al. Análisis de rendimiento de la salinidad basado en cristal fotónico bidimensional hexagonal: estudio computacional. Informe científico 12, 22133 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-25608-1

Descargar cita

Recibido: 15 julio 2022

Aceptado: 01 diciembre 2022

Publicado: 22 diciembre 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-25608-1

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.