Design eines phononischen Kristalls unter Verwendung offener Resonatoren als Sensor für schädliche Gase

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 9346 (2023) Diesen Artikel zitieren

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In diesem Artikel wird die Fähigkeit untersucht, einen endlichen eindimensionalen phononischen Kristall zu verwenden, der aus verzweigten offenen Resonatoren mit einem horizontalen Defekt besteht, um die Konzentration schädlicher Gase wie CO2 zu erfassen. Diese Forschung untersucht den Einfluss von periodischen offenen Resonatoren, Defektkanälen in der Mitte der Struktur und geometrischen Parametern wie Querschnitten und Länge des primären Wellenleiters und der Resonatoren auf die Leistung des Modells. Soweit wir wissen, ist diese Forschung einzigartig auf dem Gebiet der Sensorik. Darüber hinaus zeigen diese Simulationen, dass der untersuchte endliche eindimensionale phononische Kristall, der aus verzweigten offenen Resonatoren mit einem horizontalen Defekt besteht, ein vielversprechender Sensor ist.

Die massive Produktion von Schadstoffen in der Luft hat in den letzten Jahren die menschliche Gesundheit, die Umwelt und die globalen biologischen Ökosysteme bedroht1,2. Die Erkennung gesundheitsschädlicher Gase wie CO2, NO2, NH3 usw. hat das Interesse der Menschen am Schutz von Mensch und Umwelt geweckt3,4,5,6. Infolgedessen wurden zahlreiche optische Studien zum Nachweis toxischer Gase mithilfe zweidimensionaler nanostrukturierter Materialien wie porösen Materialien5,7 und Graphen8,9 durchgeführt. Darüber hinaus sind fluoreszierende, chemische, elektrochemische, photonische Kristalle und massenempfindliche Gassensoren üblich10,11,12,13.

Phononische Kristalle (PnCs) sind periodische künstliche Materialien14,15,16. PnCs haben großes Interesse an verschiedenen biosensorischen und chemischen Anwendungen geweckt. PnCs können akustische oder elastische Wellen einschränken, indem sie Stoppfrequenzbänder oder phononische Bandlücken (PnBGs) erzeugen, um sich durch sie auszubreiten17,18. Akustische Eigenschaften von Materialien wie Viskosität, Dichte, Schallgeschwindigkeit, Elastizitätsmodule usw. können durch die Ausbreitung der akustischen Welle im Inneren untersucht werden19. Eindimensionale PnC-Sensoren (1D-PnC) sind resonante Detektoren. Das Hauptbetriebskonzept von 1D-PnC-Sensoren ist die mehrfache Bragg-Streuung akustischer Wellen an jeder Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlicher akustischer Impedanz, um eine stehende Welle zu erzeugen. Die Frequenz des PnBG hängt von der akustischen Geschwindigkeit der Wanderwelle und den geometrischen Abmessungen der Struktur ab. Die meisten 1D-PnC-Sensoren basieren auf der Unterbrechung der Periodizität in der Mitte der Struktur, was zu einem Resonanzpeak innerhalb des PnBG führt. Das Hinzufügen dieses Defekts in der Mitte der Struktur begrenzt eine bestimmte Frequenz, die Resonanzfrequenz genannt wird.

Bei herkömmlichen PnCs wird die Kontinuität von Fluss und Druck entlang der Hauptausbreitungsrichtung berücksichtigt. In jüngster Zeit haben lokal resonante Elemente im Bereich periodischer Strukturen Aufmerksamkeit erregt. Allerdings können seitliche Elemente oder Resonatoren hinzugefügt werden, die von der Änderung des Drucks oder der Flussstabilität in anderen Pfaden abhängen. Bei diesen Seitenelementen kann es sich um geschlossene oder offene Kanäle handeln. Im Jahr 2008 schlugen El Boudouti et al.20 eine Struktur aus einer schlanken Röhre mit seitlichen Kanälen vor. Das Vorhandensein von Seitenröhren führt zur Bildung von Stoppbändern im Transmissionsspektrum. Im Jahr 2020 haben Antraoui et al. entwarf eine periodische Struktur bestehend aus einem Hauptkanal mit offenen Resonatoren. Die Nutzung dieser Strukturen mit lateralen Resonatoren in Gassensoranwendungen fehlt jedoch noch.

In jüngster Zeit erregten Gassensoren mit PnCs aufgrund ihrer Vorteile Aufmerksamkeit. Beispielsweise benötigen Gassensoren, die PnCs verwenden, keine Erholungszeit. Da PnC außerdem keine elektronischen Komponenten enthält, können Gassensoren mit PnCs in komplexen Umgebungen, beispielsweise in explosionsgefährdeten Umgebungen, gute Messungen liefern21. Darüber hinaus sind die geringen Kosten und die einfache Herstellung von PnC-Sensoren gute Vorteile22.

Soweit wir wissen, ist diese Forschung einzigartig auf dem Gebiet der Gassensorik. Die Verwendung verzweigter offener Resonatoren verbesserte die Leistung des Sensors. Darüber hinaus zeigen diese Simulationen, dass der untersuchte endliche eindimensionale phononische Kristall, der aus verzweigten offenen Resonatoren mit einem horizontalen Defekt besteht, ein vielversprechender Sensor ist. Darüber hinaus kann der vorgeschlagene PnC-Sensor mit verzweigten offenen Resonatoren leicht unter Verwendung kostengünstiger herkömmlicher Materialien hergestellt werden.

In Abb. 1 wird ein Schema des 1D-PnC vorgeschlagen, das aus verzweigten offenen Resonatoren besteht. Die Hauptführung hat einen Querschnitt S1 und eine Dicke d1. Die verzweigten offenen Resonatoren haben den Querschnitt S2 und die Höhe d2. Der vorgeschlagene 1D-PnC besteht aus einem Sensor mit verzweigten offenen Resonatoren und einer Defektführung, die zwischen zwei PnCs angeordnet ist. Die Struktur wird mit Gasproben gefüllt, die unterschiedliche CO2-Konzentrationen enthalten. Die ebene Wellentheorie kann für stationäre Proben innerhalb des Sensors verwendet werden, und die Auswirkungen von Temperaturgradienten, Moden höherer Ordnung und Viskositätseffekten werden vernachlässigt23.

Schematische Darstellung des 1D-PnC bestehend aus verzweigten offenen Resonatoren.

Die theoretische Methode zur Untersuchung der Reaktion der vorgeschlagenen periodisch verzweigten offenen Resonatoren auf die einfallenden akustischen Wellen wird als Transfermatrixmethode (TMM) wie folgt bezeichnet23,24,25,26,27,28,29,30:

wobei \(A_{i} = \cos \left( {k\frac{{d_{i} }}{2}} \right), B_{i} = j Z_{i} sin\left( {k\ frac{{d_{i} }}{2}} \right), C_{i} = \frac{j}{{Z_{i} }}sin\left( {k\frac{{d_{i} } }{2}} \right), D_{i}\) = \(A_{i}\), \(k = {\raise0.7ex\hbox{$\omega $} \!\mathord{\left/ {\vphantom {\omega c}}\right.\kern-0pt} \!\lower0.7ex\hbox{$c$}}\) ist die Wellenzahl, \(\rho\) ist die Dichte, \( Z_{i} = {\raise0.7ex\hbox{${\rho c}$} \!\mathord{\left/ {\vphantom {{\rho c} {{\text{S}}_{{\ text{i}}} }}}\right.\kern-0pt} \!\lower0.7ex\hbox{${{\text{S}}_{{\text{i}}} }$}}\ ) ist die Impedanz jeder Periode der vorgeschlagenen verzweigten offenen Resonatoren und \(c\) ist die akustische Geschwindigkeit. Der Schalldruck am Ende des geöffneten seitlichen Schornsteins beträgt ungefähr Null, und die akustische Admittanz der Schallwelle (\(y_{R})\) wird wie folgt berechnet:

Für die defekte Zelle:

wobei \(A_{d} = \cos \left( {k\frac{{d_{d} }}{2}} \right), B_{d} = j Z_{d} sin\left( {k\ frac{{d_{d} }}{2}} \right), C_{d} = \frac{j}{{Z_{d} }}sin\left( {k\frac{{d_{d} } }{2}} \right), D_{d}\) = \(A_{d}\), und \(Z_{d} = {\raise0.7ex\hbox{${\rho c}$} \ !\mathord{\left/ {\vphantom {{\rho c} {{\text{S}}_{{\text{d}}} }}}\right.\kern-0pt} \!\lower0. 7ex\hbox{${{\text{S}}_{{\text{d}}} }$}}\).

Der Satz von Bloch wird verwendet, um die Dispersionsbeziehung der Elementarzelle des 1D-PnC darzustellen, die aus verzweigten offenen Resonatoren besteht23:

wobei \(K\) der Bloch-Vektor ist,\(d = d_{1} + d_{2}\), \(M = \frac{{S_{2} }}{{S_{1} }}\ ), k ist der Wellenvektor. Die Transmission und Durchlässigkeit des aus verzweigten offenen Resonatoren bestehenden 1D-PnC werden wie folgt berechnet:

Als Ausgangsbedingung betragen die geometrischen Parameter des Hauptleiters und der offenen Resonatoren der vorgeschlagenen Sensoren N = 10, d1 = 0,6 m, d2 = 0,15 m, dd = 0,3 m, S1 = 1 m2, S2 = 0,75 m2. und Sd = S1 m2. Tabelle 1 zeigt die akustischen Eigenschaften einer Luftprobe bei verschiedenen CO2-Konzentrationen. Der Gradient der Dichte der Probe von niedrig nach hoch und der Schallgeschwindigkeit von hoch nach niedrig mit zunehmender CO2-Konzentration stellt sicher, dass sowohl die Dichte als auch die Schallgeschwindigkeit als Indikator für die CO2-Konzentration angesehen werden können.

Die Kurven der Transmission (rote Spektren) und der Dispersionsbeziehung (blaue Spektren) gegenüber der Frequenz des vorgeschlagenen 1D-PnC, das aus verzweigten offenen Resonatoren ohne Defekt besteht, werden unter Verwendung von TMM und dem Bloch-Theorem in Abb. 2A aufgezeichnet und übereinstimmen. Im besorgniserregenden Frequenzbereich erstrecken sich zwei PhBGs von 1429,2 bis 1478,1 Hz und von 1950,6 bis 2000,6 Hz. Der vorgeschlagene 1D-PnC-Sensor, der aus verzweigten offenen Resonatoren besteht, kann aufgrund der periodischen Änderung der Impedanz und Admittanz der sich innerhalb der Struktur ausbreitenden akustischen Wellen PnBG erzeugen. Durch das Hinzufügen einer horizontalen Defektröhre, die zwischen zwei identischen 1D-PnCs angeordnet ist, wird eine bestimmte Frequenz der einfallenden akustischen Welle lokalisiert, wodurch ein Defektpeak innerhalb des PnBG entsteht. Dieser Peak reagiert sehr empfindlich auf Änderungen der mechanischen Eigenschaften des Mediums in den Rohren. Betrachtet man ein zusätzliches Defektrohr mit dd = 0,3 m in der Mitte des Designs und die anderen geometrischen Parameter mit den gleichen Anfangswerten, erscheint ein Resonanzpeak in der Mitte jedes PnBG, wie in Abb. 2B deutlich.

(A) Die Dispersionsbeziehung (blaue Linie), die Durchlässigkeit des 1D-PnC, bestehend aus verzweigten offenen Resonatoren ohne Defektzelle (rote Linie), unter Verwendung einer Luftprobe (CO2-Überschuss = 0 %), und (B) die Durchlässigkeit mit a Defekt (blaues Spektrum) anhand von Luftproben mit unterschiedlichen CO2-Konzentrationen.

Jede Änderung der Dichte oder Schallgeschwindigkeit der Gasprobe aufgrund der Änderung der CO2-Konzentration führt zu einem Transmissionsspektrum und verursacht eine Wellenlängenverschiebung der Resonanzpeaks und PnBGs, wie in Abb. 3 deutlich. Der Defektpeak ist rotverschoben Senkung der Frequenzen durch Erhöhung der CO2-Konzentration von 1975,95 Hz (bei 0 % CO2) auf 1872,83 Hz (bei 20 % CO2), 1772,02 Hz (bei 40 % CO2), 1672,36 Hz (bei 60 % CO2), 1612,45 Hz (bei 80 % CO2) und 1575,00 Hz (bei 100 % CO2).

Die Durchlässigkeit des 1D-PnC-Sensors, der aus verzweigten offenen Resonatoren mit einer Defektzelle besteht und unterschiedliche CO2-Konzentrationen verwendet.

Die Empfindlichkeit, der Gütefaktor (FoM), der Qualitätsfaktor (Q) und die Nachweisgrenze (LoD) des Sensors des Schadgases werden zur Untersuchung der Wirksamkeit des Sensors verwendet und können wie folgt definiert werden:

Dabei ist \(\Delta f_{R}\) der Wert der Resonanzfrequenzverschiebung bei Änderung der Schallgeschwindigkeit um (\(\Delta c\)) und FWHM die Spitzenbandbreite. Die Empfindlichkeit ist die Änderung der Position des Defektpeaks relativ zur Schallgeschwindigkeit relativ zur reinen Luftprobe als Referenz. Q bezeichnet den Energieverlust des Resonators und wird als Verhältnis der Frequenz des Defektpeaks zur FWHM ausgedrückt. Die Fähigkeit des Sensors, die Änderung der Resonanzfrequenz zu erkennen, wird durch FoM32 dargestellt. LoD bezeichnet die kleinste erkennbare Veränderung der Probe.

Abbildung 4A–C zeigt S, FWHM, T, FoM, Q und LoD im Vergleich zur Dicke von dd. Abbildung 4A verdeutlicht die Empfindlichkeit und FWHM gegenüber der Einfallsfrequenz für den vorgeschlagenen 1D-PnC-Sensor, der aus verzweigten offenen Resonatoren mit einer Defektzelle bei unterschiedlichen dd-Werten besteht, um den besten Wert auszuwählen, der die höchste Leistung bietet. Die Empfindlichkeit wird für den vorgeschlagenen Sensor bei verschiedenen dd-Dicken von 0,1 m, 0,2 m, 0,3 m, 0,4 m, 0,5 m und 0,6 m gemessen. In Abb. 4A ist die Empfindlichkeit leicht von 5,82 Hz m−1 s auf 5,79 Hz m−1 s, 5,76 Hz m−1 s, 5,73 Hz m−1 s, 5,71 Hz m−1 s und 5,69 Hz m reduziert −1 s mit der Zunahme von dd.

(A) S und FWHM, (B) Transmission und FoM und (C) Q und LoD gegenüber der Dicke von dd.

Scharfe Defektspitzen mit 100 % Intensität bei Resonanzfrequenzen von 1996,94 Hz, 1986,81 Hz, 1975,95 Hz, 1966,27 Hz, 1958,48 Hz und 1952,73 Hz für Luftproben und Frequenzen von 1591,73 Hz, 1583,67 Hz, 1575,00 Hz, 1567,29 Hz , 1561,08 Hz, und 1556,49 Hz für CO2-Proben mit Dicken von 0,1 m, 0,2 m, 0,3 m, 0,4 m, 0,5 m bzw. 0,6 m. Die rechte Achse von Abb. 4A verdeutlicht die Variationen im FWHM des Resonanzpeaks mit dd. Bei dd = 0,3 m hat die FWHM den niedrigsten Wert von 0,14 Hz. Aufgrund des Verhaltens von FWHM haben FoM und Q gemäß den Gleichungen (1) bei gleicher Dicke die höchsten Werte. (8) und (9). Andererseits weist die LoD bei dd = 0,3 m eine geringe Leistung auf. dd = 0,3 m wäre der optimale Wert. Mit dieser Dicke wurde eine hohe Leistung erzielt, da sich der Resonanzpeak in der Mitte des PnBG befindet.

Die Zuverlässigkeit des 1D-PnC-Sensors, der aus verzweigten offenen Resonatoren besteht, wird untersucht, indem der Einfluss des Sd-Querschnitts auf S, FWHM, T, FoM, Q und LoD bei verschiedenen CO2-Konzentrationen untersucht wird, wie in Abb. 5A–C. Der Defektpeak und PnBG zeigen eine Rotverschiebung zu niedrigeren Frequenzen, wenn der Querschnitt von Sd allmählich zunimmt. Das S nimmt von 5,77 auf 5,74 Hz m−1 s ab, wenn der Querschnitt von Sd von 0,9 auf 1,4 m2 zunimmt. Allerdings nimmt die FWHM mit dem Querschnitt von Sd allmählich zu. Außerdem zeichnet die T des Resonanzpeaks die höchste Intensität von (100 %) auf. Daher nehmen FoM und Q allmählich ab und LoD nimmt allmählich zu. Abhängig von den Ergebnissen in Abb. 5A–C wird in den folgenden Untersuchungen der Querschnitt von Sd = 1 m2 verwendet.

(A) S und FWHM, (B) Transmission und FoM und (C) Q und LoD im Vergleich zum Querschnitt von Sd.

Wenn d1 von 0,59 m auf 0,60 m, 0,61 m und 0,63 m ansteigt, wird der Peak der Luftprobe von 2001,36 Hz auf 1975,95 Hz, 1950,14 Hz und 1897,80 Hz rotverschoben, und der Peak der CO2-Probe wird von 1595,26 rotverschoben Hz bis 1575,00 Hz, 1554,42 Hz und 1512,70 Hz. In Abb. 6A nimmt die Empfindlichkeit linear mit zunehmendem d1 ab. Andererseits nimmt FWHM mit zunehmendem d1 allmählich zu. Die Durchlässigkeit zeichnet eine Intensität über 99,9 % für eine Dicke d1 von mehr als 0,59 m auf, wie in Abb. 6B,C deutlich. Außerdem nehmen FoM und Q allmählich ab und LoD nimmt mit zunehmendem d1 allmählich zu. Daher ist eine Dicke von 0,59 m optimal.

(A) S und FWHM, (B) Transmission und FoM und (C) Q und LoD im Verhältnis zur Dicke von d1.

Abbildung 7A verdeutlicht die Empfindlichkeit und FWHM gegenüber der Einfallsfrequenz für den vorgeschlagenen 1D-PnC-Sensor, der aus verzweigten offenen Resonatoren mit einer Defektzelle bei verschiedenen d2-Werten besteht, um den besten Wert auszuwählen, der die höchste Leistung bietet. Die Empfindlichkeit wird für den vorgeschlagenen Sensor bei verschiedenen Dicken von d2 von 0,148 m, 0,149 m, 0,15 m und 0,152 m gemessen. In Abb. 7A wird die Empfindlichkeit mit der Erhöhung von d2 von 0,148 m auf 0,149 m von 4,30 Hz m−1 s auf 5,84 Hz m−1 s erhöht. Dann nimmt die Empfindlichkeit mit der Erhöhung von d2 auf 0,150 m leicht auf 5,83 Hz m−1 s ab. Danach wird die Empfindlichkeit mit der Erhöhung von d2 auf 0,152 m deutlich auf 4,29 Hz m−1 s reduziert. Bei d2 = 0,150 m hat die FWHM den niedrigsten Wert von 0,068 Hz. Die T des Resonanzpeaks ändert sich von 99,24 % auf 93,26 %, 94,15 % und 99,76 %, indem die Dicke von d2 von 0,148 m auf 0,149 m, 0,15 m und 0,152 m geändert wird. Aufgrund des Verhaltens von FWHM und Empfindlichkeit weisen FoM und Q bei gleicher Dicke die höchsten Werte gemäß Gleichungen auf. (8) und (9) und Abb. 7B,C. Hingegen weist der LoD bei d2 = 0,150 m die geringste Leistung auf. d2 = 0,150 m wäre der optimale Wert.

(A) S und FWHM, (B) Transmission und FoM und (C) Q und LoD gegenüber der Dicke von d2.

Abbildung 8A–C zeigt die Variationen in S, FWHM, T, FoM, Q und LoD mit Querschnitten S2. Der Defektpeak und PnBG zeigen eine Rotverschiebung zu niedrigeren Frequenzen, wenn der Querschnitt von S2 allmählich zunimmt. Das S nimmt allmählich von 5,84 auf 5,83 Hz m−1 s ab, während der Querschnitt von Sd von 0,71 auf 0,85 m2 zunimmt. Außerdem nimmt die FWHM mit zunehmendem Querschnitt von S2 für alle ausgewählten Querschnittswerte außer bei 0,79 m2 und 85 m2 allmählich ab. Bei diesen Werten (0,79 m2 und 85 m2) verzeichnet die FWHM einen kleinen Anstieg. Die T des Resonanzpeaks ändert sich von 94,97 % auf 97,18 %, 94,15 %, 95,07 %, 77,00 %, 94,46 %, 90,5 % und 66,48 %, indem der Querschnitt von S2 von 0,71 m2 auf 0,73 m2, 0,75 m2 geändert wird. 0,77 m2, 0,79 m2, 0,81 m2, 0,83 m2 und 0,85 m2. FoM ändert sich von 64,68 m−1 s auf 75,45 m−1 s, 85,42 m−1 s, 97,58 m−1 s, 89,94 m−1 s, 130,54 m−1 s, 140,90 m−1 s und 109,83 m−1 s durch Änderung des Querschnitts von S2 von 0,71 m2 auf 0,73 m2, 0,75 m2, 0,77 m2, 0,79 m2, 0,81 m2, 0,83 m2 und 0,85 m2. Außerdem ändert sich Q von 22.183,31 auf 25.879,92, 29.298,19, 33.472,38, 30.849,29, 44.775,59, 48.326,07 und 37.670,87 durch Änderung des Querschnitts von S2 von 0,71 m2 auf 0,73 m2, 0. 75 m2, 0,77 m2, 0,79 m2, 0,81 m2, 0,83 m2 und 0,85 m2. Andererseits ändert sich die LoD von 8 × 10–4 ms−1 auf 7 × 10–4 6 × 10–4 ms−1, 5 × 10–4 ms−1, 6 × 10–4 ms−1, 4 × 10–4 ms−1, 4 × 10–4 ms−1 und 5 × 10–4 ms−1 durch Änderung des Querschnitts von S2 von 0,71 m2 auf 0,73 m2, 0,75 m2, 0,77 m2, 0,79 m2, 0,81 m2, 0,83 m2 und 0,85 m2. Somit ergibt sich ein optimaler Querschnitt von 0,83 m2.

(A) S und FWHM, (B) Transmission und FoM und (C) Q und LoD im Vergleich zum Querschnitt von S2.

Unter ausgewählten Bedingungen wird der Defektpeak zu niedrigeren Frequenzen rotverschoben, indem die CO2-Konzentration von 1999,02 Hz (bei 0 % CO2) auf 1894,7 Hz (bei 20 % CO2), 1792,71 Hz (bei 40 % CO2), 1691,89 erhöht wird Hz (bei 60 % CO2), 1631,27 Hz (bei 80 % CO2) und 1593,39 Hz (bei 100 % CO2), wie in Abb. 9A deutlich. Diese Rotverschiebung des PnBG und des Resonanzpeaks zu niedrigeren Frequenzen ist auf die direkte Proportionalität zwischen der akustischen Geschwindigkeit der Probe und der Resonanzfrequenz gemäß der Stehwellengleichung zurückzuführen:

Dabei sind d und n die Dicke bzw. eine ganze Zahl. In Abb. 9B sind die Schallgeschwindigkeit und die Resonanzfrequenz gegenüber der CO2-Konzentration aufgetragen. Eine empirische Gleichung zwischen der Resonanzfrequenz (\(f_{R}\)) und der CO2-Konzentration (\(C_{CO2}\)) wurde unter Verwendung der quadratischen Anpassung als folgende Beziehung aufgestellt:

(A) Die Durchlässigkeit unter ausgewählten Bedingungen unter Verwendung von Luftproben mit unterschiedlichen CO2-Konzentrationen und (B) Schallgeschwindigkeit und Resonanzfrequenz im Vergleich zur CO2-Konzentration.

Durch Anpassen der simulierten Daten und Kenntnis der Resonanzfrequenz kann die CO2-Konzentration gemäß der folgenden Gleichung vorhergesagt werden:

In dieser Studie wurde ein verzweigter offener Resonatorsensor mit einer Defektführung zwischen zwei PnCs vorgeschlagen. Die strukturellen Eigenschaften und geometrischen Parameter des 1D-PnC-Sensors, der aus verzweigten offenen Resonatoren besteht, wurden gründlich optimiert. Die obigen Simulationsstudien zeigen, dass der vorgeschlagene 1D-PnC, der aus verzweigten offenen Resonatoren besteht, die CO2-Konzentration mit einer Empfindlichkeit von 5,8 Hz m−1 s, einem FoM von 140 m−1.s, einem Q von 5 × 104 und ... effektiv erfassen kann LoD von 4 × 10–4. Die Verwendung verzweigter offener Resonatoren steigerte laut Tabelle 2 die Leistung des Sensors. Daher könnte das vorgeschlagene Design in verschiedenen Sensor- und Filtergeräten nützlich sein.

Materialanfragen sind an Zaky A. Zaky zu richten.

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Die Autoren danken dem Stellvertreter für Forschung und Innovation des Bildungsministeriums in Saudi-Arabien für die Finanzierung dieser Forschungsarbeit unter der Projektnummer: IFP22UQU4350068DSR160.

TH-PPM-Gruppe, Physikabteilung, Fakultät für Naturwissenschaften, Beni-Suef-Universität, Beni Suef, 62521, Ägypten

Zaky A. Zaky & Arafa H. Aly

Fachbereich Physik, Fachhochschule, Umm Al-Qura-Universität, Mekka, Saudi-Arabien

MA Mohaseb

Abteilung für Computermathematik und Informatik, Institut für Naturwissenschaften und Mathematik, Uraler Föderale Universität, 19 Mira St., Jekaterinburg, Russland, 620002

Ahmed S. Hendy

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ZAZ erfand die ursprüngliche Idee der Studie, implementierte den Computercode, führte die numerischen Simulationen durch, analysierte die Daten, schrieb und überarbeitete den Haupttext des Manuskripts. MAM besprach die Ergebnisse und analysierte die Daten. ASH diskutierte die Ergebnisse und war Mitautor des überarbeiteten Manuskripts. AHA diskutierte die Ergebnisse und analysierte die Daten. Schließlich entwickelten alle Autoren das endgültige Manuskript.

Korrespondenz mit Zaky A. Zaky oder MA Mohaseb.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Zaky, ZA, Mohaseb, MA, Hendy, AS et al. Design eines phononischen Kristalls unter Verwendung offener Resonatoren als Sensor für schädliche Gase. Sci Rep 13, 9346 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36216-y

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Eingegangen: 11. März 2023

Angenommen: 31. Mai 2023

Veröffentlicht: 08. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36216-y

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