High-Frequency TiO2 Nanotube-Adapted Microwave Coplanar Waveguide Resonator for High-Sensitivity Ultraviolet Detection

Show simple item record

dc.contributor.author Wiltshire, Benjamin D
dc.contributor.author Alijani, Mahnaz
dc.contributor.author Mohammadi, Sevda
dc.contributor.author Hosseini, Arezoo
dc.contributor.author Macák, Jan
dc.contributor.author Zarifi, Mohammad H
dc.date.accessioned 2023-07-12T12:58:55Z
dc.date.available 2023-07-12T12:58:55Z
dc.date.issued 2022
dc.identifier.issn 1944-8244
dc.identifier.uri https://hdl.handle.net/10195/81004
dc.description.abstract Ultraviolet (UV) sensors are a key component in growing applications such as water quality treatment and environmental monitoring, with considerable interest in their miniaturization and enhanced operation. This work presents a passive gold coplanar waveguide split ring resonator integrated with anodic self-organized TiO2 nanotube (TNT) membranes with a thickness of 20 mu m to provide real-time UV detection. The resonator operated as a one-port device to capture the reflection coefficient (S11) signal, with a center frequency of 16 GHz and a notch amplitude of -88 dB. It was experimentally analyzed for its UV sensing capability in the range of 36.5-463 mu W/cm(2). The high-frequency resonator was improved through design choices including the addition of a tapered input transmission line, wire bonding for practical device design, and an interdigitated capacitive ring gap. The high frequency also helped mitigate noise due to water vapor or environmental contaminants. S11 amplitude variation was found through both experiments and modeling to follow a linear trend with UV illumination intensity. The resonator exhibited over 45 +/- 2 dB shift in the resonant amplitude under the highest UV illumination conditions, with a sensitivity of 0.084 dB/mu W cm(-2) and the potential to sense UV intensity as low as 2.7 mu W/cm(2). The presented device enabled a repeatable and accurate microwave response under UV illumination with very high sensitivity, entirely through the use of passive circuit elements. eng
dc.format p. 6203-6211 eng
dc.language.iso eng
dc.publisher American Chemical Society eng
dc.relation.ispartof ACS Applied Materials & Interfaces, volume 14, issue: 4 eng
dc.rights open access (green) eng
dc.subject coplanar waveguide resonator eng
dc.subject split ring resonator eng
dc.subject TiO2 nanotube membrane eng
dc.subject real-time microwave sensing eng
dc.subject UV detection eng
dc.subject koplanární vlnovodné rezonátory cze
dc.subject dělený prstencový rezonátor cze
dc.subject membrána z TiO2 nanotrubic cze
dc.subject mikrovlnné snímání v reálném čase cze
dc.subject detekce UV cze
dc.title High-Frequency TiO2 Nanotube-Adapted Microwave Coplanar Waveguide Resonator for High-Sensitivity Ultraviolet Detection eng
dc.title.alternative Vysokofrekvenční koplanární vlnovodový rezonátor s TiO2 nanotrubicemi pro vysoce citlivou ultrafialovou detekci cze
dc.type article eng
dc.description.abstract-translated Ultrafialové (UV) senzory jsou klíčovou součástí v rostoucích aplikacích, jako je úprava kvality vody a monitorování životního prostředí, se značným zájmem o jejich miniaturizaci a lepší provoz. Tato práce představuje pasivní zlatý koplanární vlnovodný rezonátor s děleným prstencem integrovaný s anodickými samoorganizovanými nanotrubičkami TiO2 (TNT) membránami o tloušťce 20 um pro zajištění UV detekce v reálném čase. Rezonátor fungoval jako jednoportové zařízení pro zachycení signálu s koeficientem odrazu (S11) se střední frekvencí 16 GHz a amplitudou zářezu -88 dB. Byla experimentálně analyzována na schopnost UV snímání v rozsahu 36,5-463 mu W/cm(2). Vysokofrekvenční rezonátor byl vylepšen prostřednictvím konstrukčních voleb, včetně přidání zúženého vstupního přenosového vedení, propojení vodičů pro praktický design zařízení a interdigitované kapacitní prstencové mezery. Vysoká frekvence také pomohla zmírnit hluk způsobený vodní párou nebo znečištěním životního prostředí. Jak experimenty, tak modelováním bylo zjištěno, že variace amplitudy S11 sleduje lineární trend s intenzitou UV osvětlení. Rezonátor vykazoval více než 45 +/- 2 dB posun v rezonanční amplitudě za podmínek nejvyššího UV osvětlení, s citlivostí 0,084 dB/mu W cm(-2) a potenciálem snímat intenzitu UV záření již od 2,7 mu W/ cm(2). Prezentované zařízení umožnilo opakovatelnou a přesnou mikrovlnnou odezvu pod UV osvětlením s velmi vysokou citlivostí, zcela pomocí pasivních obvodových prvků. cze
dc.peerreviewed yes eng
dc.publicationstatus postprint (accepted) eng
dc.identifier.doi 10.1021/acsami.1c21741
dc.relation.publisherversion https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c21741
dc.identifier.wos 000768792500133
dc.identifier.scopus 2-s2.0-85124056052
dc.identifier.obd 39887596


This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search DSpace


Advanced Search

Browse

My Account