Rezultati radova koji podržava grant Ruske naučne fondacije objavljeni su u časopisu Senzore. Koncentracija ugljičnog dioksida u zraku je oko 400 ppm (dijelovi na milion), a to je 0,04 posto koncentracije volumena. U područjima u blizini koji se nalaze industrijska preduzeća, stopa sadržaja CO2 veća je od oko 1,5 puta - 600 ppm. Koncentracija više od 800 ppm smatra se štetnim za zdravlje ljudi.
Povećanje ugljičnog dioksida u zraku utječe samo na dobrobit, već i do globalnog zagrijavanja vodi. Stoga svijet ima rastuću potrebu za tačnim senzorima koji mogu monito unositi koncentraciju stakleničkih plinova. Danas ovo koristi ne-disperzivnu infracrvenu spektroskopiju. Senzor se sastoji od infracrvenog izvora, mjerne komore, filtra za talasnu dužinu i infracrvenog detektora.
Prije detektora instaliran je optički filter, on apsorbuje svu svjetlost, osim određene talasne dužine, koja se mogu zarobiti molekulama izmjerenog plina. Kad plin uđe u Komoru, njegova koncentracija mjeri se zbog apsorpcije određene talasne dužine u infracrvenom spektru.
Senzor koji su predložili naučnici razlikuje se od njegovih analoga sa malom veličinom. Slojevi kroma, zlata i silikona primjenjuju se na njenu optičku podlogu. Silicijum je napravio nanoskalne cilindre, takozvane methaatoms. Smješten u nekoj narudžbi, oni čine površinu metamaterija sa jedinstvenim svojstvima koja nisu u prirodi. Vrh, funkcionalni sloj senzora sastoji se od polimernog polimetilena BigUanidin koji se koristi, na primjer, kao antiseptik.
Mehanizam rada sastoji se u mjerenju talasne dužine reflektirane svjetlosti, koji se snima pomoću fotodektora, a koristi se za pretvaranje fotona u struju. Kada CO2 plin ulazi u komoru, apsorbira ga sloj poliheksetilene bivguanidin. Nakon toga, indeks refrakcija sloja opada, a svjetlost se ogleda pod uglom od 45 stepeni. Promjena indeksa refrakcija polifeksetilena, kao i pomak valne duljine reflektirane svjetlosti u odnosu na početnu ovisi o koncentraciji plina.
Prednost predloženog senzora leži u činjenici da ne izaziva nepoželjne promjene u indeksu refrakcija u polimernom sloju i ne bilježi nivo sadržaja drugih gasova u zraku, na primjer dušikov i vodik. Pored toga, moguće je podesiti elektromagnetske karakteristike materijala i za primanje određenih optičkih svojstava, na primjer, za promjenu nivoa apsorpcije svjetlosti i na taj način otkrivaju velike koncentracije ugljičnog dioksida.
"Tijekom rada sproveli smo numeričku studiju i stekli ovisnost indeksa refrakcije na sloj bivguanidin od polieheksetilena iz koncentracije CO2 gasovitog. Potvrdili smo tačnost senzora koristeći deset duplikata mjernih ciklusa. Svaki put smo došli 50 ppm ugljičnog dioksida prema senzoru, a također je zamagljen komorom za dušik.
Analiza je pokazala da senzor prikazuje koncentraciju ugljičnog dioksida s greškom od ± 20 ppm i ne uzima u obzir N2 ", rekao je Nikolaj Kazansky, profesor odjeljenja za tehničke kibernetike Univerziteta Samara. Predložena konfiguracija senzora može se koristiti za otkrivanje drugih otrovnih gasova koristeći odgovarajuće funkcionalne materijale.
Izvor: Gola nauka