I risultati del lavoro sostenuti dalla concessione della Fondazione Science russa sono stati pubblicati nella rivista Sensss. La concentrazione di anidride carbonica nell'aria è di circa 400 ppm (parti per milione), questo è lo 0,04 percento della concentrazione del volume. Nelle aree vicine alle quali si trovano le imprese industriali, il tasso di contenuto di CO2 è superiore a circa 1,5 volte - 600 ppm. La concentrazione superiore a 800 ppm è considerata dannosa per la salute umana.
Un aumento del anidride carbonica nell'aria colpisce non solo il benessere, ma porta anche al riscaldamento globale. Pertanto, il mondo ha una crescente necessità di sensori accurati che possono monitorare la concentrazione di gas serra. Oggi, questo utilizza spettroscopia a infrarossi non dispersivi. Il sensore è costituito da una fonte a infrarossi, una camera di misurazione, un filtro di lunghezza d'onda e un rilevatore a infrarossi.
Un filtro ottico è installato prima del rilevatore, assorbe tutta la luce, ad eccezione di una certa lunghezza d'onda, che può essere catturata dalle molecole del gas misurato. Quando il gas entra nella camera, la sua concentrazione è misurata a causa dell'assorbimento di una certa lunghezza d'onda nello spettro a infrarossi.
Il sensore proposto dagli scienziati è diverso dai suoi analoghi con le sue dimensioni ridotte. Gli strati di cromo, oro e silicio sono applicati al suo substrato ottico. Cilindri nanoscalati in silicone, i cosiddetti metaatomi. Situato in qualche ordine, formano la superficie del metamateriale con le proprietà uniche che non sono naturali. La parte superiore, lo strato funzionale del sensore è costituito da un polimetilo polimerico della Biguanidina, che viene utilizzato, ad esempio, come antisettico.
Il meccanismo di lavoro consiste nel misurare la lunghezza d'onda della luce riflessa, che viene catturata utilizzando un floreodetector, e viene utilizzato per convertire i fotoni nella corrente. Quando il gas CO2 entra nella camera, viene assorbito dallo strato di poliexexametileniglia biguanidina. Successivamente, l'indice di rifrazione del livello diminuisce e la luce si riflette ad un angolo di 45 gradi. Modifica dell'indice di rifrazione dello strato di polihexexesametilene, nonché lo spostamento della lunghezza d'onda della luce riflessa relativa all'iniziale dipende dalla concentrazione del gas.
Il vantaggio del sensore proposto sta nel fatto che non causa modifiche indesiderate nell'indice di rifrazione nello strato polimerico e non registra il livello del contenuto di altri gas nell'aria, ad esempio azoto e idrogeno. Inoltre, è possibile regolare le caratteristiche elettromagnetiche del materiale e ottenere determinate proprietà ottiche, ad esempio, per modificare il livello di assorbimento della luce e quindi rilevare grandi concentrazioni di anidride carbonica.
"Durante il lavoro, abbiamo condotto uno studio numerico e abbiamo ottenuto la dipendenza dall'indice rifrattivo dello strato di polyhexameesilene biguanidina dalla concentrazione di CO2 gassoso. Abbiamo confermato l'accuratezza del sensore usando dieci cicli di misurazione duplicati. Ogni volta che arriviamo 50 PPM anidride carbonica al sensore, e anche sfocato con la camera di azoto.
L'analisi ha dimostrato che il sensore mostra la concentrazione del biossido di carbonio con un errore di ± 20 ppm e non tiene conto del N2 ", ha detto Nikolai Kazansky, professore del Dipartimento di Cibernetica tecnica dell'Università Samara. La configurazione del sensore proposta può essere utilizzata per rilevare altri gas tossici utilizzando materiali funzionali adatti.
Fonte: scienza nuda