Вынікі працы, падтрыманай грантам Расійскага навуковага фонду, апублікаваныя ў часопісе Sensors. Канцэнтрацыя вуглякіслага газу ў паветры складае каля 400 г / млн (частак на мільён), гэта 0,04 адсотка аб'ёмнай канцэнтрацыі. У раёнах, побач з якімі размешчаны прамысловыя прадпрыемствы, норма ўтрымання CO2 вышэй прыкладна ў 1,5 разы - 600 г / млн. Канцэнтрацыя больш 800 г / млн лічыцца шкоднай для здароўя чалавека.
Павелічэнне колькасці вуглякіслага газу ў паветры ўплывае не толькі на самаадчуванне, але і прыводзіць да глабальнага пацяплення. Таму ў свеце расце патрэба ў дакладных датчыках, якія змогуць адсочваць канцэнтрацыю парніковых газаў. Сёння для гэтага выкарыстоўваюць недисперсионную інфрачырвоную спектраскапіі. Датчык складаецца з інфрачырвонага крыніцы, вымяральнай камеры, фільтра даўжыні хвалі і інфрачырвонага дэтэктара.
Перад дэтэктарам усталяваны аптычны фільтр, ён паглынае ўвесь свет, акрамя пэўнай даўжыні хвалі, якая можа быць захоплена малекуламі вымяранага газу. Калі газ трапляе ў камеру, яго канцэнтрацыя вымяраецца дзякуючы паглынання пэўнай даўжыні хвалі ў інфрачырвоным дыяпазоне.
Прапанаваны навукоўцамі датчык адрозніваецца ад аналагаў сваім невялікім памерам. На яго аптычную падкладку нанесеныя пласты хрому, золата і крэмнію. З крэмнію зробленыя наноразмерных цыліндры, так званыя метаатомы. Размешчаныя ў некаторым парадку, яны фармуюць паверхню метаматериала з унікальнымі ўласцівасцямі, якіх няма ў прыродзе. Верхні, функцыянальны пласт датчыка складаецца з палімера полигексаметилена бигуанидина, які выкарыстоўваецца, напрыклад, як антысептык.
Механізм працы складаецца ў вымярэнні даўжыні хвалі адлюстраванага святла, які улоўліваецца з дапамогай фотадэтэктарамі, а ён выкарыстоўваецца для пераўтварэння фатонаў у ток. Калі газ CO2 трапляе ў камеру, ён паглынаецца пластом полигексаметилен бигуанидина. Пасля гэтага паказчык праламлення пласта памяншаецца, а святло адлюстроўваецца пад вуглом 45 градусаў. Змена паказчыка праламлення пласта полигексаметилена, а таксама зрух даўжыні хвалі адлюстраванага святла адносна зыходнага залежаць ад канцэнтрацыі газу.
Перавага прапанаванага датчыка заключаецца ў тым, што ён не выклікае непажаданага змены паказчыка праламлення ў пласце палімера і не фіксуе ўзровень утрымання іншых газаў у паветры, напрыклад азоту і вадароду. Акрамя таго, можна наладжваць электрамагнітныя характарыстыкі матэрыялу і атрымліваць пэўныя аптычныя ўласцівасці, напрыклад, змяніць ўзровень паглынання святла і такім чынам выявіць вялікія канцэнтрацыі вуглякіслага газу.
«Падчас працы мы правялі колькасную даследаванне і атрымалі залежнасць паказчыка праламлення пласта полигексаметилена бигуанидина ад канцэнтрацыі газападобнага CO2. Дакладнасць працы датчыка мы пацвердзілі пры дапамозе дзесяці паўтаральных цыклаў вымярэнняў. Мы кожны раз падавалі 50 г / млн вуглякіслага газу на датчык, а таксама прадзьмухвалі камеру азотам.
Аналіз паказаў, што датчык паказвае канцэнтрацыю вуглякіслага газу з хібнасцю ± 20 г / млн і ня бярэ пад увагу N2 », - распавёў удзельнік даследаванні Мікалай Казанскі, прафесар кафедры тэхнічнай кібернетыкі Самарскага універсітэта. Прапанаваная канфігурацыя датчыка можа быць выкарыстана для выяўлення іншых таксічных газаў з выкарыстаннем падыходных функцыянальных матэрыялаў.
Крыніца: Naked Science