Os resultados do trabalho apoiado pela concessão da Fundação Ciências Russas foram publicados na revista Sensors. A concentração de dióxido de carbono no ar é de cerca de 400 ppm (partes por milhão), esta é de 0,04% da concentração de volume. Em áreas próximas a quais empresas industriais estão localizadas, a taxa de conteúdo do CO2 é superior a cerca de 1,5 vezes - 600 ppm. A concentração mais de 800 ppm é considerada prejudicial à saúde humana.
Um aumento no dióxido de carbono no ar afeta não apenas o bem-estar, mas também leva ao aquecimento global. Portanto, o mundo tem uma necessidade crescente de sensores precisos que podem monitar a concentração de gases de efeito estufa. Hoje, isso usa espectroscopia infravermelha não dispersa. O sensor consiste em uma fonte infravermelha, uma câmara de medição, um filtro de comprimento de onda e um detector de infravermelho.
Um filtro óptico é instalado antes do detector, absorve toda a luz, exceto para um determinado comprimento de onda, que pode ser capturado pelas moléculas do gás medido. Quando o gás entra na câmara, sua concentração é medida devido à absorção de um determinado comprimento de onda no espectro infravermelho.
O sensor proposto pelos cientistas é diferente de seus análogos com seu pequeno tamanho. As camadas de cromo, ouro e silício são aplicadas ao seu substrato óptico. O silício fez cilindros de nanoescala, os chamados metamatoms. Localizado em alguma ordem, eles formam a superfície da metamaterial com as propriedades únicas que não são de natureza. O topo, a camada funcional do sensor consiste em um polimetileno polimérico da biguanidina, que é usada, por exemplo, como anti-séptico.
O mecanismo de trabalho consiste em medir o comprimento de onda da luz refletida, que é capturado usando um fotodetetor, e é usado para converter fótons na corrente. Quando o gás CO2 entra na câmara, é absorvido pela camada de poleirexametileno biguanidina. Depois disso, o índice de refração da camada diminui, e a luz é refletida em um ângulo de 45 graus. Alterando o índice de refração da camada de poliedexametileno, bem como a mudança do comprimento de onda da luz refletida em relação à inicial dependente da concentração de gás.
A vantagem do sensor proposto reside no fato de que não causa alterações indesejáveis no índice de refração na camada de polímero e não registra o nível do conteúdo de outros gases no ar, por exemplo, nitrogênio e hidrogênio. Além disso, é possível ajustar as características eletromagnéticas do material e obter certas propriedades ópticas, por exemplo, para alterar o nível de absorção de luz e, assim, detectar grandes concentrações de dióxido de carbono.
"Durante o trabalho, conduzimos um estudo numérico e obtivemos a dependência do índice de refração da camada de poliexametileno biguanidina da concentração de CO2 gasoso. Confirmamos a precisão do sensor usando dez ciclos de medição duplicados. Cada vez que chegamos a 50 ppm de dióxido de carbono para o sensor, e também borrado com câmara de nitrogênio.
A análise mostrou que o sensor mostra a concentração de dióxido de carbono com um erro de ± 20 ppm e não leva em conta o N2 ", disse Nikolai Kazansky, professor do Departamento de Cibernética Técnica da Universidade Samara. A configuração proposta do sensor pode ser usada para detectar outros gases tóxicos usando materiais funcionais adequados.
Fonte: Ciência nua