Hasil karya yang didukung oleh hibah Yayasan Sains Rusia diterbitkan di majalah Sensor. Konsentrasi karbon dioksida di udara adalah sekitar 400 ppm (bagian per juta), ini adalah 0,04 persen dari konsentrasi volume. Di daerah-daerah di dekat mana perusahaan industri berada, tingkat konten CO2 lebih tinggi dari sekitar 1,5 kali - 600 ppm. Konsentrasi lebih dari 800 ppm dianggap berbahaya bagi kesehatan manusia.
Peningkatan karbon dioksida di udara mempengaruhi tidak hanya kesejahteraan, tetapi juga mengarah pada pemanasan global. Oleh karena itu, dunia memiliki kebutuhan yang semakin meningkat untuk sensor yang akurat yang dapat memonitasikan konsentrasi gas rumah kaca. Hari ini, ini menggunakan spektroskopi inframerah non-disppersif. Sensor terdiri dari sumber inframerah, ruang pengukuran, filter panjang gelombang dan detektor inframerah.
Filter optik diinstal sebelum detektor, itu menyerap semua cahaya, kecuali untuk panjang gelombang tertentu, yang dapat ditangkap oleh molekul gas yang diukur. Ketika gas memasuki kamar, konsentrasinya diukur karena penyerapan panjang gelombang tertentu dalam spektrum inframerah.
Sensor yang diusulkan oleh para ilmuwan berbeda dari analognya dengan ukurannya yang kecil. Lapisan kromium, emas dan silikon diterapkan pada substrat optiknya. Silicon membuat silinder nano, yang disebut methaatom. Terletak dalam beberapa pemesanan, mereka membentuk permukaan metamaterial dengan sifat unik yang tidak di alam. Bagian atas, lapisan fungsional sensor terdiri dari polimetilen polimer dari biguanidine, yang digunakan, misalnya, sebagai antiseptik.
Mekanisme kerja terdiri dari mengukur panjang gelombang cahaya yang dipantulkan, yang ditangkap menggunakan photodetector, dan digunakan untuk mengubah foton ke dalam saat ini. Ketika gas CO2 memasuki ruangan, itu diserap oleh lapisan polyhexamethylene biguanidine. Setelah itu, indeks bias dari lapisan berkurang, dan cahaya tercermin pada sudut 45 derajat. Mengubah indeks bias dari lapisan polyhexamethylene, serta pergeseran panjang gelombang cahaya yang dipantulkan relatif terhadap awal tergantung pada konsentrasi gas.
Keuntungan dari sensor yang diusulkan terletak pada kenyataan bahwa itu tidak menyebabkan perubahan yang tidak diinginkan dalam indeks bias di lapisan polimer dan tidak mencatat tingkat konten gas lain di udara, misalnya nitrogen dan hidrogen. Selain itu, dimungkinkan untuk menyesuaikan karakteristik elektromagnetik material dan untuk mendapatkan sifat optik tertentu, misalnya, untuk mengubah tingkat penyerapan cahaya dan dengan demikian mendeteksi konsentrasi karbon dioksida yang besar.
"Selama bekerja, kami melakukan studi numerik dan memperoleh ketergantungan indeks bias lapisan biguanidine polyhexamethylene dari konsentrasi CO2 gas. Kami mengkonfirmasi keakuratan sensor menggunakan sepuluh siklus pengukuran duplikat. Kami setiap kali datang 50 ppm karbon dioksida ke sensor, dan juga kabur dengan ruang nitrogen.
Analisis menunjukkan bahwa sensor menunjukkan konsentrasi karbon dioksida dengan kesalahan ± 20 ppm dan tidak memperhitungkan N2, "kata Nikolai Kazansky, Profesor Departemen Sibernetika Teknis Universitas Samara. Konfigurasi sensor yang diusulkan dapat digunakan untuk mendeteksi gas beracun lainnya menggunakan bahan fungsional yang sesuai.
Sumber: Ilmu telanjang