Резултатите од работата поддржана од грантот на Фондацијата за руски науки беа објавени во списанието Sensors. Концентрацијата на јаглерод диоксид во воздухот е околу 400 ppm (делови на милион), ова е 0,04 проценти од концентрацијата на звукот. Во областите во близина на кои се наоѓаат индустриските претпријатија, стапката на содржина на CO2 е повисока од околу 1,5 пати - 600 ppm. Концентрацијата повеќе од 800 ppm се смета за штетна за здравјето на луѓето.
Зголемувањето на јаглеродниот диоксид во воздухот не влијае не само на благосостојбата, туку и доведе до глобално затоплување. Затоа, светот има растечка потреба за прецизни сензори кои можат да ја монитираат концентрацијата на стакленички гасови. Денес, ова користи не-дисперзивна инфрацрвена спектроскопија. Сензорот се состои од инфрацрвен извор, мерна комора, филтер од бранова должина и инфрацрвен детектор.
Оптичкиот филтер е инсталиран пред детекторот, го апсорбира целото светло, освен за одредена бранова должина, која може да биде заробена од молекулите на измерениот гас. Кога гасот влегува во комората, неговата концентрација се мери поради апсорпцијата на одредена бранова должина во инфрацрвениот спектар.
Сензорот предложен од страна на научниците е различен од неговите аналози со својата мала големина. Слоевите на хром, злато и силициум се применуваат на неговата оптички супстрат. Силикон направија цилиндри на наноскеле, т.н. метаатми. Се наоѓа во некоја цел, тие ја формираат површината на метаматеријалот со уникатните својства кои не се во природата. На врвот, функционалниот слој на сензорот се состои од полимер полиметилен на бизанидинот, кој се користи, на пример, како антисептик.
Механизмот на работа се состои во мерење на бранова должина на рефлектираната светлина, која е снимена со помош на фотодектор, и се користи за конвертирање на фотони во тековната. Кога гасот CO2 влегува во комората, се апсорбира од слојот на полиексаметилен бидаганидин. После тоа, индексот на рефракција на слојот се намалува, а светлината се рефлектира под агол од 45 степени. Промената на индексот на рефракција на полиексаметилен слој, како и промената на брановата должина на рефлектираната светлина во однос на првичната зависи од концентрацијата на гас.
Предноста на предложениот сензор лежи во фактот дека не предизвикува несакани промени во индексот на рефракција во полимерниот слој и не го снима нивото на содржината на другите гасови во воздухот, на пример, азот и водород. Покрај тоа, можно е да се прилагодат електромагнетните карактеристики на материјалот и да се добијат одредени оптички својства, на пример, за промена на нивото на апсорпција на светлина и на тој начин откривање на големи концентрации на јаглероден диоксид.
"За време на работата, спроведовме нумеричка студија и ја добивме зависноста од индексот на рефракција на полиесетметилен слој на Biguanidine Polyhexemetheenene од концентрацијата на CO2 гасовити. Ние ја потврдивме точноста на сензорот користејќи десет дупликати мерни циклуси. Секој пат кога дојде 50 ppm јаглерод диоксид во сензорот, а исто така е заматен со азот комора.
Анализата покажа дека сензорот ја покажува концентрацијата на јаглерод диоксид со грешка од ± 20 ppm и не го зема предвид N2 ", рече Николај Казански, професор на Одделот за техничка кибернетика на Универзитетот Самара. Предложената конфигурација на сензорот може да се користи за откривање на други токсични гасови со соодветни функционални материјали.
Извор: Голи наука