Výsledky práce podporované grantem nadace ruské vědy byly publikovány v časopise Senzors. Koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu je asi 400 ppm (díly na milion), to je 0,04% koncentrace objemu. V oblastech v blízkosti, které průmyslové podniky jsou umístěny, rychlost obsahu CO2 je vyšší než asi 1,5 krát - 600 ppm. Koncentrace více než 800 ppm je považována za škodlivé pro lidské zdraví.
Zvýšení oxidu uhličitého ve vzduchu ovlivňuje nejen pohodu, ale také vede k globálnímu oteplování. Svět má tedy rostoucí potřebu přesných senzorů, které mohou monitovat koncentraci skleníkových plynů. Dnes to využívá ne-disperzní infračervenou spektroskopii. Snímač se skládá z infračerveného zdroje, měřicí komory, filtru vlnových délek a infračerveného detektoru.
Před detektorem je instalován optický filtr, absorbuje všechny světlo, s výjimkou určité vlnové délky, která může být zachycena molekulami naměřeného plynu. Když plyn vstoupí do komory, jeho koncentrace se měří v důsledku absorpce určité vlnové délky v infračerveném spektru.
Senzor navržený vědci se liší od analogů s malou velikostí. Vrstvy chromu, zlata a křemíku se aplikují na optický substrát. Silikon dělal nanoskový válce, tzv. Methaatomy. Nachází se v určitém pořadí, tvoří povrch metamateriálu s jedinečnými vlastnostmi, které nejsou v přírodě. Vrchol, funkční vrstva senzoru sestává z polymerního polymethylenu biguanidinu, který se používá například jako antiseptika.
Mechanismus práce spočívá v měření vlnové délky odraženého světla, která je zachycena za použití fotodetektoru, a slouží k převodu fotonů do proudu. Když plynový plyn vstupuje do komory, je absorbován vrstvou polyhexamethylenového biguanidinu. Poté se snižuje index lomu vrstvy a světlo se odráží pod úhlem 45 stupňů. Změna indexu lomu polyhexamethylenové vrstvy, jakož i posun vlnové délky odraženého světla vzhledem k počátečnímu závislosti na koncentraci plynu.
Výhodou navrhovaného senzoru spočívá v tom, že nezpůsobuje nežádoucí změny indexu lomu v polymerní vrstvě a nezaznamenává úroveň obsahu jiných plynů ve vzduchu, například dusíku a vodíku. Kromě toho je možné nastavit elektromagnetické vlastnosti materiálu a pro získání určitých optických vlastností, například pro změnu hladiny absorpce světla, a tím detekují velké koncentrace oxidu uhličitého.
"Během práce jsme provedli numerickou studii a získali závislost indexu lomu polyhexamethylenové vrstvy biguanidinu z koncentrace plynu CO2. Potvrdili jsme přesnost snímače pomocí deseti duplicitních měřicích cyklů. Každý čas přišel 50 ppm oxidu uhličitého na senzor, a také rozmazaný s dusíkovou komorou.
Analýza ukázala, že senzor ukazuje koncentraci oxidu uhličitého s chybou ± 20 ppm a nebere v úvahu N2, "řekl Nikolai Kazansky, profesor katedry technické kybernetiky Samara University. Navrhovaná konfigurace snímače může být použita pro detekci dalších toxických plynů s použitím vhodných funkčních materiálů.
Zdroj: Nahá věda