Sensoru žurnālā tika publicēti Krievijas Zinātņu fonda dotācijas dotācijas rezultāti. Oglekļa dioksīda koncentrācija gaisā ir aptuveni 400 ppm (daļas par miljonu), tas ir 0,04 procenti no apjoma koncentrācijas. Teritorijās, kurās atrodas rūpniecības uzņēmumi, CO2 satura likme ir augstāka par aptuveni 1,5 reizes - 600 ppm. Koncentrācija vairāk nekā 800 ppm tiek uzskatīta par kaitīgu cilvēku veselībai.
Oglekļa dioksīda pieaugums gaisā ietekmē ne tikai labklājību, bet arī noved pie globālās sasilšanas. Tāpēc pasaulei ir vajadzība pēc precīziem sensoriem, kas var monito koncentrāciju siltumnīcefekta gāzu. Šodien tas izmanto ne-dispersijas infrasarkano spektroskopiju. Sensors sastāv no infrasarkanā avota, mērīšanas kameras, viļņa garuma filtru un infrasarkano detektoru.
Optiskais filtrs ir uzstādīts pirms detektora, tas absorbē visu gaismu, izņemot noteiktu viļņu garumu, ko var uztvert ar mērītās gāzes molekulām. Ja gāze nonāk kamerā, tā koncentrācija tiek mērīta sakarā ar infrasarkano staru spektru absorbciju.
Zinātnieku ierosinātais sensors atšķiras no tā analogiem ar nelielu izmēru. Hroma, zelta un silīcija slāņi tiek piemēroti tās optiskajam substrātam. Silicon izgatavoja nanoskopu balonus, tā sauktos metatumus. Atrodas kādā secībā, tās veido metamateriālu virsmu ar unikālajām īpašībām, kas nav dabā. Augšpusē, funkcionālais slānis sensora sastāv no polimēra polimetilēna no biguanidīna, kas tiek izmantots, piemēram, kā antiseptisks.
Darba mehānisms sastāv no atstarotās gaismas viļņa garuma mērīšanas, kas tiek uztverts, izmantojot fotodetektoru, un to izmanto, lai pārvērstu fotonu strāvu. Kad CO2 gāzes iekļūst kamerā, to absorbē poliheksametilēna biguanidīna slānis. Pēc tam slāņa refrakcijas indekss samazinās, un gaisma ir atspoguļota 45 grādu leņķī. Polyyeksametilēna slāņa refrakcijas indeksa maiņa, kā arī atspoguļotās gaismas viļņa garuma maiņa attiecībā pret sākotnējo atkarību no gāzes koncentrācijas.
Ierosinātā sensora priekšrocība ir tā, ka tas nerada nevēlamas izmaiņas refrakcijas indeksā polimēra slānī un neieraksta citu gāzu satura līmeni gaisā, piemēram, slāpekli un ūdeņradi. Turklāt ir iespējams pielāgot materiāla elektromagnētiskās īpašības un iegūt noteiktas optiskās īpašības, piemēram, mainīt gaismas absorbcijas līmeni un tādējādi atklāt lielas oglekļa dioksīda koncentrācijas.
"Darba laikā mēs veicām skaitlisku pētījumu un ieguvis biguanidīna polibametilēna slāņa refrakcijas indeksa atkarību no CO2 gāzveida koncentrācijas. Mēs apstiprinājām sensora precizitāti, izmantojot desmit dublētus mērījumu ciklus. Mēs katru reizi ieradās 50 ppm oglekļa dioksīdu, kā arī neskaidra ar slāpekļa kameru.
Analīze parādīja, ka sensors parāda oglekļa dioksīda koncentrāciju ar kļūdu ± 20 ppm un neņem vērā N2, "sacīja Samara Universitātes Tehnisko kibernētikas katedras profesors Nikolajs Kazāns. Ierosināto sensora konfigurāciju var izmantot, lai noteiktu citas toksiskas gāzes, izmantojot piemērotus funkcionālos materiālus.
Avots: Naked Science