Venemaa teaduse fondi toetuse toetatud töö tulemused avaldati andurite ajakirjas. Süsinikdioksiidi kontsentratsioon õhus on umbes 400 ppm (osa miljoni kohta), see on 0,04 protsenti mahust kontsentratsioonist. Tööstusettevõtete asukoha lähedal asuvates piirkondades on CO2-sisu määr suurem kui umbes 1,5 korda - 600 ppm. Kontsentratsioon rohkem kui 800 ppm loetakse kahjulikuks inimeste tervisele.
Süsinikdioksiidi suurenemine õhus mõjutab mitte ainult heaolu, vaid viib ka globaalse soojenemiseni. Seetõttu on maailm kasvav vajadus täpsete andurite järele, mis võivad põhjustada kasvuhoonegaaside kontsentratsiooni. Täna kasutab see mitte-hajutavat infrapunapektroskoopiat. Andur koosneb infrapunaallikast, mõõtekambrist, lainepikkuse filtrist ja infrapunadetektorist.
Enne detektorit paigaldatakse optiline filter, see neelab kogu valgust, välja arvatud teatud lainepikkuse, mida saab püüda mõõdetud gaasi molekulide poolt. Kui gaas siseneb kambrisse, mõõdetakse selle kontsentratsiooni teatud lainepikkuse imendumise tõttu infrapunapektris.
Teadlaste pakutud andur erineb selle analoogidest selle väikese suurusega. Kromi, kulla ja räni kihid rakendatakse selle optilise substraadile. Silicon tegi nanoScale balloonid, nn metaatomide. Asub mõnes järjekorras, moodustavad nad metamaterjali pinna ainulaadsete omadustega, mis ei ole looduses. Ülaosa, anduri funktsionaalne kiht koosneb biguanidiini polümeripolümetüleenist, mida kasutatakse näiteks antiseptilisena.
Töömehhanism seisneb kajastatud valguse lainepikkuse mõõtmisel, mis on pildistatud fotodesektori abil ja seda kasutatakse fotonite konverteerimiseks vooluks. Kui CO2 gaas siseneb kambrisse, imendub see polüheksametüleenguanidiini kiht. Pärast seda väheneb kihi murdumisnäitaja ja valgus peegeldub 45 kraadi nurga all. Polüheksametüleenkihi murdumisnäitaja muutmine, samuti peegeldunud valguse lainepikkuse üleminek esialgse sõltuvusega gaasikontsentratsioonist.
Kavandatava anduri eeliseks seisneb selles, et see ei põhjusta polümeerkihi murdumisnäitaja ebasoovitavaid muutusi ja ei salvestata teiste gaaside sisalduse taset õhus, näiteks lämmastikku ja vesinikku. Lisaks on võimalik kohandada materjali elektromagnetilisi omadusi ja saada teatud optilisi omadusi, näiteks valguse imendumise taseme muutmiseks ja seega suure kontsentratsioonide süsinikdioksiidi kontsentratsioonid.
"Töö ajal tegime me läbi numbrilise uuringu ja saadakse biguanidiini polheksametüleenkihi murdumisnäitaja sõltuvuse CO2 gaasilise kontsentratsioonist. Me kinnitasime anduri täpsust kümme duplikaadi mõõtetsükli abil. Me iga kord tuli andurile 50 ppm süsinikdioksiidi ja ka lämmastikukambriga hägune.
Analüüs näitas, et andur näitab süsinikdioksiidi kontsentratsiooni veaga ± 20 ppm ja ei võeta arvesse N2, "ütles Nikolai Kazansky, Samara Ülikooli tehnilise küberneetika professor. Kavandatud anduri konfiguratsiooni saab kasutada teiste mürgiste gaaside tuvastamiseks sobivate funktsionaalsete materjalide abil.
Allikas: alasti teadus