De resultaten van het werk ondersteund door de toekenning van de Russische Science Foundation werden gepubliceerd in het sensorsmagazine. De concentratie van kooldioxide in de lucht is ongeveer 400 ppm (delen per miljoen), dit is 0,04 procent van de volumeconcentratie. In gebieden in de buurt van welke industriële ondernemingen zich bevinden, is het CO2-inhoudsnelheid hoger dan ongeveer 1,5 keer - 600 ppm. Concentratie Meer dan 800 ppm wordt beschouwd als schadelijk voor de menselijke gezondheid.
Een toename van koolstofdioxide in de lucht beïnvloedt niet alleen welzijn, maar leidt ook tot het broeikaseffect. Daarom heeft de wereld een groeiende behoefte aan nauwkeurige sensoren die de concentratie van broeikasgassen kunnen moniteren. Vandaag maakt dit gebruik van niet-dispersieve infraroodspectroscopie. De sensor bestaat uit een infraroodbron, een meetkamer, een golflengte-filter en een infrarooddetector.
Een optisch filter is geïnstalleerd vóór de detector, het absorbeert al het licht, behalve voor een bepaalde golflengte, die kan worden vastgelegd door de moleculen van het gemeten gas. Wanneer gas de kamer binnenkomt, wordt de concentratie gemeten vanwege de absorptie van een bepaalde golflengte in het infraroodspectrum.
De door wetenschappers voorgestelde sensor verschilt van zijn analogen met zijn kleine omvang. De lagen van chroom, goud en silicium worden aangebracht op het optische substraat. Silicium maakte nanoschale-cilinders, zogenaamde methaatoms. In sommige bevel vormen ze het oppervlak van de metamaterialen met de unieke eigenschappen die niet van aard zijn. De bovenkant, de functionele laag van de sensor bestaat uit een polymeerpolymethyleen van de biguanidine, dat wordt gebruikt, bijvoorbeeld als antiseptisch.
Het werkmechanisme bestaat uit het meten van de golflengte van het gereflecteerde licht, dat wordt vastgelegd met behulp van een fotodetector, en het wordt gebruikt om fotonen in de stroom te converteren. Wanneer CO2-gas de kamer binnengaat, wordt het geabsorbeerd door de laag van polyhexamethyleen biguanidine. Daarna neemt de brekingsindex van de laag af en wordt het licht gereflecteerd in een hoek van 45 graden. Veranderen van de brekingsindex van de polyhexamethyleenlaag, evenals de verschuiving van de golflengte van het gereflecteerde licht ten opzichte van de initiële afhankelijk van de gasconcentratie.
Het voordeel van de voorgestelde sensor ligt in het feit dat het geen ongewenste veranderingen in de brekingsindex in de polymeerlaag veroorzaakt en niet opneemt het niveau van de inhoud van andere gassen in de lucht, bijvoorbeeld stikstof en waterstof. Bovendien is het mogelijk om de elektromagnetische kenmerken van het materiaal aan te passen en om bepaalde optische eigenschappen te verkrijgen, bijvoorbeeld om het niveau van lichte absorptie te wijzigen en dus grote concentraties kooldioxide te detecteren.
"Tijdens het werk hebben we een numerieke studie uitgevoerd en verkregen de afhankelijkheid van de brekingsindex van de biguanidine-polyhexamethyleenlaag uit de concentratie van CO2-gasvormig. We hebben de nauwkeurigheid van de sensor bevestigd met behulp van tien dubbele meetcycli. We kwamen elke keer 50 ppm koolstofdioxide naar de sensor en wazig met stikstofkamer.
De analyse toonde aan dat de sensor de concentratie van kooldioxide toont met een fout van ± 20 ppm en houdt geen rekening met de N2, "zei Nikolai Kazansky, hoogleraar van het departement Technische Cybernetica van de Universiteit van Samara. De voorgestelde sensorconfiguratie kan worden gebruikt om andere giftige gassen te detecteren met behulp van geschikte functionele materialen.
Bron: Naked Science