Los resultados del trabajo respaldados por la subvención de la Fundación Ciencia de Rusia se publicaron en la revista Sensores. La concentración de dióxido de carbono en el aire es de aproximadamente 400 ppm (partes por millón), esto es de 0.04 por ciento de la concentración de volumen. En las áreas cerca de las cuales se ubican las empresas industriales, la tasa de contenido de CO2 es superior a aproximadamente 1,5 veces - 600 ppm. La concentración de más de 800 ppm se considera perjudicial para la salud humana.
Un aumento en el dióxido de carbono en el aire afecta no solo al bienestar, sino que también conduce al calentamiento global. Por lo tanto, el mundo tiene una creciente necesidad de sensores precisos que pueden monitos la concentración de gases de efecto invernadero. Hoy en día, esto utiliza espectroscopia infrarroja no dispersiva. El sensor consiste en una fuente de infrarrojos, una cámara de medición, un filtro de longitud de onda y un detector de infrarrojos.
Se instala un filtro óptico antes del detector, absorbe toda la luz, excepto por una cierta longitud de onda, que puede ser capturada por las moléculas del gas medido. Cuando el gas ingresa a la cámara, su concentración se mide debido a la absorción de cierta longitud de onda en el espectro infrarrojo.
El sensor propuesto por los científicos es diferente de sus análogos con su pequeño tamaño. Las capas de cromo, oro y silicio se aplican a su sustrato óptico. El silicio hizo cilindros nanoescales, los llamados metaatomos. Ubicado en algún orden, forman la superficie del metamaterial con las propiedades únicas que no están en la naturaleza. La parte superior, la capa funcional del sensor consiste en un polímero polimetileno de la biguanidina, que se usa, por ejemplo, como un antiséptico.
El mecanismo de trabajo consiste en medir la longitud de onda de la luz reflejada, que se captura utilizando un fotodetector, y se usa para convertir fotones en la corriente. Cuando el gas de CO2 ingresa a la cámara, es absorbida por la capa de poliexametileno biguanidina. Después de eso, el índice de refracción de la capa disminuye, y la luz se refleja en un ángulo de 45 grados. Cambio del índice de refracción de la capa de poliexametileno, así como el cambio de la longitud de onda de la luz reflejada en relación con el departamento inicial de la concentración de gas.
La ventaja del sensor propuesto radica en el hecho de que no causa cambios indeseables en el índice de refracción en la capa de polímero y no registra el nivel del contenido de otros gases en el aire, por ejemplo, nitrógeno e hidrógeno. Además, es posible ajustar las características electromagnéticas del material y para obtener ciertas propiedades ópticas, por ejemplo, para cambiar el nivel de absorción de la luz y, por lo tanto, detectar concentraciones grandes de dióxido de carbono.
"Durante el trabajo, realizamos un estudio numérico y obtuvimos la dependencia del índice de refracción de la capa de poliexametileno biguanidina de la concentración de CO2 Gaseous. Confirmamos la precisión del sensor utilizando diez ciclos de medición duplicados. Cada vez llegamos 50 ppm dióxido de carbono al sensor, y también se borrosa con la cámara de nitrógeno.
El análisis mostró que el sensor muestra la concentración de dióxido de carbono con un error de ± 20 ppm y no tiene en cuenta el N2 ", dijo Nikolai Kazansky, profesor del Departamento de Cibernética Técnica de la Universidad de Samara. La configuración del sensor propuesta se puede usar para detectar otros gases tóxicos utilizando materiales funcionales adecuados.
Fuente: Ciencia desnuda