Les résultats des travaux appuyés par la subvention de la Fondation scientifique russe ont été publiés dans le magazine Capteurs. La concentration en dioxyde de carbone dans l'air est d'environ 400 ppm (parties par million), il s'agit de 0,04% de la concentration en volume. Dans les zones proches des entreprises industrielles situées, le taux de contenu CO2 est supérieur à environ 1,5 fois - 600 ppm. La concentration de plus de 800 ppm est considérée comme nocif pour la santé humaine.
Une augmentation du dioxyde de carbone dans l'air affecte non seulement le bien-être, mais conduit également au réchauffement de la planète. Par conséquent, le monde a une nécessité croissante de capteurs précis pouvant surveiller la concentration de gaz à effet de serre. Aujourd'hui, cela utilise une spectroscopie infrarouge non dispersive. Le capteur consiste en une source infrarouge, une chambre de mesure, un filtre à longueur d'onde et un détecteur infrarouge.
Un filtre optique est installé avant le détecteur, il absorbe toute la lumière, à l'exception d'une certaine longueur d'onde, qui peut être capturée par les molécules du gaz mesuré. Lorsque le gaz entre dans la chambre, sa concentration est mesurée en raison de l'absorption d'une certaine longueur d'onde dans le spectre infrarouge.
Le capteur proposé par les scientifiques est différent de ses analogues avec sa petite taille. Les couches de chrome, d'or et de silicium sont appliquées à son substrat optique. Cylindres de nanométrie en silicium, soi-disant méthaatomes. Situé dans un certain ordre, ils forment la surface du métamatériau avec les propriétés uniques qui ne sont pas de nature. Le haut, la couche fonctionnelle du capteur consiste en un polyméthylène polymère de la biguanidine, utilisé, par exemple, en tant qu'antisipeptique.
Le mécanisme de travail consiste à mesurer la longueur d'onde de la lumière réfléchie, capturée à l'aide d'un photodétecteur, et il est utilisé pour convertir des photons dans le courant. Lorsque le gaz CO2 entre dans la chambre, il est absorbé par la couche de polyhexaméthylène biguanidine. Après cela, l'indice de réfraction de la couche diminue et la lumière est réfléchie à un angle de 45 degrés. Modification de l'indice de réfraction de la couche de polyhexaméthylène, ainsi que le décalage de la longueur d'onde de la lumière réfléchie par rapport à la première dépend de la concentration de gaz.
L'avantage du capteur proposé réside dans le fait qu'il ne provoque pas de modifications indésirables dans l'indice de réfraction dans la couche de polymère et n'enregistre pas le niveau de la teneur en d'autres gaz dans l'air, par exemple azote et hydrogène. De plus, il est possible d'ajuster les caractéristiques électromagnétiques du matériau et d'obtenir certaines propriétés optiques, par exemple, de modifier le niveau d'absorption de la lumière et de détecter ainsi de grandes concentrations de dioxyde de carbone.
«Pendant le travail, nous avons effectué une étude numérique et obtenu la dépendance de l'indice de réfraction de la couche de polyhexaméthylène de Biguanidine de la concentration de CO2 gazeux. Nous avons confirmé la précision du capteur en utilisant dix cycles de mesure en double. Chaque fois, nous sommes arrivés à 50 ppm de dioxyde de carbone sur le capteur et également flou à la chambre d'azote.
L'analyse a montré que le capteur montre la concentration de dioxyde de carbone avec une erreur de ± 20 ppm et ne prend pas en compte la N2 », a déclaré Nikolai Kazansky, professeur du département de la cybernétique technique de l'Université Samara. La configuration de capteur proposée peut être utilisée pour détecter d'autres gaz toxiques à l'aide de matériaux fonctionnels appropriés.
Source: science nue