Resultatene av arbeidet som støttes av tildeling av det russiske vitenskapsstiftelsen ble publisert i Sensors Magazine. Konsentrasjonen av karbondioksid i luften er ca. 400 ppm (deler per million), dette er 0,04 prosent av volumkonsentrasjonen. I områder i nærheten av hvilke industrielle bedrifter er plassert, er CO2-innholdsraten høyere enn ca. 1,5 ganger - 600 ppm. Konsentrasjon Mer enn 800 ppm anses å være skadelig for menneskers helse.
En økning i karbondioksid i luften påvirker ikke bare velvære, men fører også til global oppvarming. Derfor har verden et økende behov for nøyaktige sensorer som kan monitere konsentrasjonen av klimagasser. I dag bruker dette ikke-dispergerende infrarød spektroskopi. Sensoren består av en infrarød kilde, et måleammer, et bølgelengdefilter og en infrarød detektor.
Et optisk filter er installert før detektoren, absorberer alt lyset, bortsett fra en viss bølgelengde, som kan fanges av molekylene i den målte gass. Når gass kommer inn i kammeret, måles konsentrasjonen på grunn av absorpsjonen av en viss bølgelengde i det infrarøde spektret.
Sensoren foreslått av forskere er forskjellig fra sine analoger med sin lille størrelse. Lagene av krom, gull og silisium påføres det optiske substratet. Silisium laget nanoskala sylindere, såkalte metasatomer. Ligger i noen orden, danner de overflaten av metamaterialet med de unike egenskapene som ikke er i naturen. Toppen, det funksjonelle lag av sensoren består av en polymerpolymetylen av biguanidin, som for eksempel anvendes som et antiseptisk middel.
Arbeidsmekanismen består i å måle bølgelengden til det reflekterte lyset, som er fanget ved hjelp av en fotodetektor, og den brukes til å konvertere fotoner til strømmen. Når CO2-gass kommer inn i kammeret, absorberes det av laget av polyhexametylen biguanidin. Deretter reduseres brytningsindeksen til laget, og lyset reflekteres i en vinkel på 45 grader. Endring av brytningsindeksen til polyhexametylenlaget, så vel som skiftet av bølgelengden til det reflekterte lys i forhold til den opprinnelige, avhenger av gasskonsentrasjonen.
Fordelen med den foreslåtte sensoren ligger i det faktum at det ikke forårsaker uønskede endringer i brytningsindeksen i polymerlaget og registrerer ikke nivået av innholdet i andre gasser i luften, for eksempel nitrogen og hydrogen. I tillegg er det mulig å justere materialets elektromagnetiske egenskaper og for eksempel å oppnå visse optiske egenskaper, for eksempel for å endre nivået av lysabsorpsjon og dermed detektere store konsentrasjoner av karbondioksid.
"Under arbeidet gjennomførte vi en numerisk studie og oppnådde avhengigheten av brytningsindeksen til det biguanidinpolyhexametylenlaget fra konsentrasjonen av CO2 gassformig. Vi bekreftet nøyaktigheten av sensoren ved hjelp av ti dupliserte målecykler. Vi hver gang kom 50 ppm karbondioksid til sensoren, og også sløret med nitrogenkammer.
Analysen viste at sensoren viser konsentrasjonen av karbondioksid med en feil på ± 20 ppm og tar ikke hensyn til N2, sier Nikolai Kazansky, professor i Institutt for teknisk cybernetikk i Samara University. Den foreslåtte sensorkonfigurasjonen kan brukes til å detektere andre giftige gasser ved hjelp av egnede funksjonelle materialer.
Kilde: Naked Science