Rezultati rada koji podržava grant ruske zaklade za znanost objavljeni su u časopisu senzore. Koncentracija ugljičnog dioksida u zraku je oko 400 ppm (dijelovi na milijun), to je 0,04 posto koncentracije volumena. U područjima u kojima se nalaze industrijska poduzeća, cijena sadržaja CO2 je veća od oko 1,5 puta - 600 ppm. Koncentracija više od 800 ppm smatra se štetnim za ljudsko zdravlje.
Povećanje ugljičnog dioksida u zraku utječe ne samo u dobrobiti, već i dovodi do globalnog zatopljenja. Stoga svijet ima rastuću potrebu za preciznim senzorima koji mogu moniti koncentracijom stakleničkih plinova. Danas se koristi ne-disperzivna infracrvena spektroskopija. Senzor se sastoji od infracrvenog izvora, mjerne komore, filtra valne duljine i infracrvenog detektora.
Optički filtar je instaliran prije detektora, apsorbira sve svjetlosti, osim određene valne duljine, koja se može zarobiti molekulama izmjerenog plina. Kada plin uđe u komoru, njegova se koncentracija mjeri zbog apsorpcije određene valne duljine u infracrvenom spektru.
Senzor koji su predložili znanstvenici razlikuju se od svojih analoga s malom veličinom. Slojevi kroma, zlata i silicija primjenjuju se na optički supstrat. Silicij je napravio nanoskalne cilindre, tzv. Methatomi. Smješten u nekom redoslijedu, oni tvore površinu metamaterijala s jedinstvenim svojstvima koja nisu u prirodi. Vrh, funkcionalni sloj senzora sastoji se od polimera polimetilena bigvanidina, koji se koristi, na primjer, kao antiseptik.
Mehanizam rada sastoji se u mjerenje valne duljine reflektiranog svjetla, koji je zarobljen pomoću fotodetektora, a koristi se za pretvaranje fotona u struju. Kada plin CO2 uđe u komoru, apsorbira se slojem poliheksametilen bigvanidina. Nakon toga se refraktivni indeks sloja smanjuje, a svjetlo se odražava pod kutom od 45 stupnjeva. Promjena indeksa loma poliheksametilenskog sloja, kao i pomak valne duljine reflektiranog svjetla u odnosu na početni ovisi o koncentraciji plina.
Prednost predloženog senzora leži u činjenici da ne uzrokuje nepoželjne promjene u indeksu loma u sloju polimera i ne bilježi razinu sadržaja ostalih plinova u zraku, na primjer dušik i vodik. Osim toga, moguće je podesiti elektromagnetske karakteristike materijala i dobiti određena optička svojstva, na primjer, promijeniti razinu apsorpcije svjetlosti i tako detektirati velike koncentracije ugljičnog dioksida.
"Tijekom rada proveli smo numeričku studiju i dobila ovisnost reflaga indeksa bigvanidina poliheksametilenskog sloja iz koncentracije CO2 plinovitog. Potvrdili smo točnost senzora pomoću deset dvostrukih mjernih ciklusa. Svaki put smo došli 50 ppm ugljičnog dioksida na senzor, i također zamagljeni dušičnom komorom.
Analiza je pokazala da senzor pokazuje koncentraciju ugljičnog dioksida s pogreškom od ± 20 ppm i ne uzima u obzir N2 ", rekao je Nikolai Kazansky, profesor Odjela za tehničku kibernetiku Sveučilišta Samara. Predložena konfiguracija senzora može se koristiti za otkrivanje drugih toksičnih plinova pomoću prikladnih funkcionalnih materijala.
Izvor: Gola znanost