Резултатите от работата, подкрепена от гранта на Руската научна фондация, бяха публикувани в списанието за сензори. Концентрацията на въглероден диоксид във въздуха е около 400 ppm (части на милион), това е 0.04% от концентрацията на обема. В райони близо до които се намират индустриалните предприятия, съдържанието на CO2 е по-високо от около 1,5 пъти - 600 ppm. Концентрацията повече от 800 ppm се счита за вредна за човешкото здраве.
Увеличаването на въглеродния диоксид във въздуха засяга не само благосъстоянието, но и води до глобално затопляне. Ето защо, светът има нарастваща нужда от точни сензори, които могат да монито на концентрацията на парникови газове. Днес това използва непрекъснато инфрачервена спектроскопия. Сензорът се състои от инфрачервен източник, измервателна камера, филтър за дължина на вълната и инфрачервен детектор.
Инсталиран е оптичен филтър преди детектора, той абсорбира цялата светлина, с изключение на определена дължина на вълната, която може да бъде уловена от молекулите на измерения газ. Когато газът влезе в камерата, концентрацията му се измерва поради абсорбцията на определена дължина на вълната в инфрачервения спектър.
Предложеният от учените сензор е различен от аналозите с малкия му размер. Слоевете на хром, злато и силиций се прилагат към неговия оптичен субстрат. Силиконът направи наномарните цилиндри, така наречените метаатоми. Намира се в някакъв ред, те образуват повърхността на метаматериал с уникалните свойства, които не са в природата. Връх, функционалният слой на сензора се състои от полимерен полиметилен на егруанидин, който се използва например като антисептик.
Механизмът на работа се състои в измерване на дължината на вълната на отразената светлина, която се заснема с помощта на фотоделец и се използва за превръщане на фотоните в тока. Когато газът на CO2 влезе в камерата, той се абсорбира от слоя от полихексаметилен бигуанидин. След това индексът на пречупване на слоя намалява и светлината се отразява под ъгъл от 45 градуса. Промяна на рефракционния индекс на полихексаметиленовия слой, както и смяната на дължината на вълната на отразената светлина спрямо първоначалната зависимост от концентрацията на газа.
Предимството на предложения сензор се крие във факта, че не причинява нежелани промени в индекса на пречупване в полимерния слой и не записва нивото на съдържанието на други газове във въздуха, например азот и водород. В допълнение, е възможно да се регулират електромагнитните характеристики на материала и да се получат някои оптични свойства, например, за промяна на нивото на абсорбция на светлина и по този начин да се открият големи концентрации на въглероден диоксид.
"По време на работа, ние проведохме цифрово проучване и получихме зависимостта на рефракционния индекс на битуалидиновия полихексаметиленния слой от концентрацията на CO2 газообразен. Потвърдихме точността на сензора, използвайки десет дублирани измервателни цикъла. Всеки път, когато дойде 50 ppm въглероден диоксид до сензора, и също замъглена с азотна камера.
Анализът показва, че сензорът показва концентрацията на въглероден диоксид с грешка ± 20 ppm и не взема предвид N2, "каза Николай Казански, професор по катедра" Техническа кибернетика "на Самарския университет. Предложената конфигурация на сензора може да се използва за откриване на други токсични газове, използвайки подходящи функционални материали.
Източник: гола наука