Nous proposons un senseur optique de pression adapté aux expériences en cellule à enclumes de diamant dans une gamme de pression allant de 0.1 MPa à 2 GPa, pour des températures de l'ambiant et 323 K.
Ce senseur est basé sur la dépendance en pression du spectre de fluorescence des FluoSpheres®. Les FluoSpheres®, disponibles dans le commerce, sont des microsphères fluorescentes utilisées généralement pour mesurer l'écoulement du sang en biologie expérimentale.

La fluorescence de ces microsphères est excitée par la raie à 514.5 nanomètres d'un laser à argon ionisé. Le spectre résultant présente trois larges bandes très intenses à 534, 558, et 598 nanomètres (voir figure 1).

Les estimations de la pression se fondent sur le premier point d'inflexion du spectre, situé à 525.6±0.2 nanomètres à la pression ambiante (longueur d'onde de référence). Ce point est caractérisé par une dépendance en pression linéaire traduite par un décalage en fréquence instantané et de grande amplitude (9.93±0.08 nm/GPa).

La fluorescence des FluoSpheres® a été étudiée en fonction de la pression (0.1-4 GPa), de la température (295-343 K), du pH (3-12), de la salinité et de la nature du milieu transmetteur de pression. Cette étude montre que dans la gamme de pressions de 0.1 MPa à 2 GPA, pour des températures n'exédant pas 323 K, pour tous les pH et dans un milieu transmetteur de pression à base d'eau, la pression dans la cellule peut être estimée à partir du décalage spectral de deux ou trois microsphères à l'aide de la relation : P = 0.100(±0.001) Δλi(P) où λi(P) = λi(P) - λi(0) et λi(P) est la longueur d'onde du premier point d'inflexion du spectre à la pression P.

Ce senseur de pression est approximativement trente fois plus sensible que le rubis et offre une réponse instantanée aux variations de pression.

Références :
Picard, A, Oger, P, Daniel, I, Cardon, H, Montagnac, G et Chervin, J-C, A sensitive pressure sensor for diamond anvil cell experiments up to 2 GPa: FluoSpheres®, J. Appl. Phys., 2006 (100)

 

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