Wyniki pracy wspieranej przez dotację Fundacji Russi Science Science zostały opublikowane w magazynie czujnika. Stężenie dwutlenku węgla w powietrzu wynosi około 400 ppm (części na milion), jest to 0,04 procent stężenia objętościowego. W obszarach, w których znajdują się przedsiębiorstwa przemysłowe, współczynnik treści CO2 jest wyższa niż około 1,5 razy - 600 ppm. Koncentracja ponad 800 ppm jest uważana za szkodliwe dla zdrowia ludzkiego.
Wzrost dwutlenku węgla w powietrzu wpływa na nie tylko dobre samopoczucie, ale prowadzi również do globalnego ocieplenia. Dlatego świat ma rosnącą potrzebę dokładnych czujników, które mogą monitować stężenie gazów cieplarnianych. Obecnie korzysta z nieuzasadniczej spektroskopii na podczerwień. Czujnik składa się z źródła podczerwieni, komory pomiarowej, filtra długości fali i detektora podczerwieni.
Filtr optyczny jest zainstalowany przed detektorem, pochłania całe światło, z wyjątkiem pewnej długości fali, która może być przechwytywana przez cząsteczki mierzonego gazu. Gdy gaz wchodzi do komory, jego stężenie jest mierzone ze względu na absorpcję pewnej długości fali w widmie w podczerwieni.
Czujnik proponowany przez naukowców różni się od jego analogów o małym rozmiarze. Warstwy chromu, złota i krzemu są stosowane do jego podłoża optycznego. Silicon zrobił cylindry nanoskalowe, tzw. Metaatomy. Znajduje się w jakimś kolejności, tworzą powierzchnię metamaterialną z unikalnymi właściwościami, które nie są w naturze. Górę, warstwa funkcjonalna czujnika składa się z polimetylenu polimenidyny, która jest stosowana, na przykład jako antyseptyczna.
Mechanizm pracy polega na pomiaru długości fali odzwierciedlonego światła, który jest przechwytywany za pomocą fotodetektora i służy do konwertowania fotonów do prądu. Gdy gaz CO2 wchodzi do komory, jest wchłaniany przez warstwę polihexametylen bigoanidyny. Następnie refrakcyjny wskaźnik warstwy zmniejsza się, a światło odbija się pod kątem 45 stopni. Zmiana współczynnika załamania warstwy poliheksymetylenowej, a także przesunięcie długości fali odzwierciedlonego światła względem początkowej zależy od stężenia gazu.
Zaletą proponowanego czujnika polega na tym, że nie powoduje niepożądanych zmian w indeksie załamania w warstwie polimerowej i nie rejestruje poziom zawartości innych gazów w powietrzu, na przykład azotu i wodoru. Ponadto możliwe jest regulację charakterystyki elektromagnetycznej materiału i uzyskanie pewnych właściwości optycznych, na przykład, aby zmienić poziom absorpcji światła, a zatem wykrywa duże stężenia dwutlenku węgla.
"Podczas pracy przeprowadziliśmy badanie numeryczne i uzyskaliśmy zależność wskaźnika załamania światła warstwy polihexametylenowej bigounidyny z stężenia gazowego CO2. Potwierdziliśmy dokładność czujnika przy użyciu dziesięciu duplikatów cykli pomiarowych. Mamy za każdym razem przybyliśmy 50 ppm dwutlenku węgla do czujnika, a także zamazany z komorą azotową.
Analiza wykazała, że czujnik pokazuje stężenie dwutlenku węgla z błędem ± 20 ppm i nie uwzględnia N2, "powiedział Nikolai Kazansky, profesor Departamentu Cybernetyki Techniki Uniwersytetu Samara. Proponowana konfiguracja czujnika może być stosowana do wykrywania innych toksycznych gazów przy użyciu odpowiednich materiałów funkcjonalnych.
Źródło: Naked Science