Resultaterne af arbejdet støttet af tilskuddet af det russiske videnskabsfond blev offentliggjort i sensors magasinet. Koncentrationen af kuldioxid i luften er ca. 400 ppm (dele pr. Million), dette er 0,04 procent af volumenkoncentrationen. I områder nær hvilke industrielle virksomheder er placeret, er CO2-indholdshastigheden højere end ca. 1,5 gange - 600 ppm. Koncentration mere end 800 ppm betragtes som skadelig for menneskers sundhed.
En stigning i kuldioxid i luften påvirker ikke kun trivsel, men fører også til global opvarmning. Derfor har verden et voksende behov for nøjagtige sensorer, der kan monitere koncentrationen af drivhusgasser. I dag bruger dette ikke-dispersiv infrarød spektroskopi. Sensoren består af en infrarød kilde, et målekammer, et bølgelængdefilter og en infrarød detektor.
Et optisk filter er installeret før detektoren, det absorberer alt lyset, undtagen en bestemt bølgelængde, som kan fanges af molekylerne af den målte gas. Når gas kommer ind i kammeret, måles koncentrationen på grund af absorptionen af en bestemt bølgelængde i det infrarøde spektrum.
Sensoren foreslået af forskere er forskellig fra dens analoger med sin lille størrelse. Lagene af chrom, guld og silicium påføres det optiske substrat. Silicium lavede nanoscale cylindre, såkaldte methatomer. Beliggende i en vis rækkefølge danner de overfladen af det metamateriale med de unikke egenskaber, der ikke er i naturen. Den øverste, det funktionelle lag af sensoren består af en polymerpolymethylen af biguanidin, som for eksempel anvendes som et antiseptisk.
Arbejdsmekanismen består i at måle bølgelængden af det reflekterede lys, som er fanget under anvendelse af en fotodetektor, og den bruges til at omdanne fotoner til strømmen. Når CO2-gas kommer ind i kammeret, absorberes det af laget af polyhexamethylen biguanidin. Derefter falder lagets brydningsindeks, og lyset afspejles i en vinkel på 45 grader. Ændring af brydningsindekset for polyhexamethylenlaget, såvel som skiftet af bølgelængden af det reflekterede lys i forhold til den oprindelige afhængige af gaskoncentrationen.
Fordelen ved den foreslåede sensor ligger i, at den ikke forårsager uønskede ændringer i brydningsindekset i polymerlaget og registrerer ikke niveauet af indholdet af andre gasser i luften, for eksempel nitrogen og hydrogen. Derudover er det muligt at justere materialets elektromagnetiske egenskaber og for at opnå visse optiske egenskaber for eksempel at ændre niveauet af lysabsorption og således detektere store koncentrationer af carbondioxid.
"Under arbejdet udførte vi en numerisk undersøgelse og opnåede afhængigheden af brydningsindekset for biguanidin polyhexamethylenlaget fra koncentrationen af CO2-gasformigt. Vi bekræftede nøjagtigheden af sensoren ved hjælp af ti dobbeltmålingscykler. Vi hver gang kom 50 ppm carbondioxid til sensoren, og også sløret med nitrogenkammer.
Analysen viste, at sensoren viser koncentrationen af carbondioxid med en fejl på ± 20 ppm og ikke tager højde for N2, "siger Nikolai Kazansky, professor i Institut for Teknisk Cybernetik i Samara University. Den foreslåede sensorkonfiguration kan bruges til at detektere andre giftige gasser ved anvendelse af egnede funktionelle materialer.
Kilde: Naked Science