Rezultatele lucrărilor susținute de acordarea Fundației de Științe Rusia au fost publicate în revista senzorilor. Concentrația dioxidului de carbon din aer este de aproximativ 400 ppm (părți per milion), aceasta este de 0,04 la sută din concentrația de volum. În zonele din apropierea care sunt situate întreprinderile industriale, rata de conținut de CO2 este mai mare de aproximativ 1,5 ori - 600 ppm. Concentrația mai mare de 800 ppm este considerată dăunătoare sănătății umane.
O creștere a dioxidului de carbon din aer afectează nu numai bunăstarea, ci duce la încălzirea globală. Prin urmare, lumea are o nevoie tot mai mare de senzori exacți care pot monta concentrația de gaze cu efect de seră. Astăzi, aceasta utilizează spectroscopie infraroșu non-dispersivă. Senzorul constă dintr-o sursă în infraroșu, o cameră de măsurare, un filtru lungime de undă și un detector cu infraroșu.
Un filtru optic este instalat în fața detectorului, absoarbe toată lumina, cu excepția unei anumite lungimi de undă, care poate fi capturată de moleculele gazului măsurat. Când gazul intră în cameră, concentrația sa este măsurată datorită absorbției unei anumite lungimi de undă în spectrul infraroșu.
Senzorul propus de oamenii de știință este diferit de analogii cu dimensiunea sa mică. Straturile de crom, aur și siliciu sunt aplicate la substratul său optic. Silicon a făcut cilindri nanoscale, așa-numitele metaatomi. Situat într-o anumită ordine, ele formează suprafața metamaterialelor cu proprietățile unice care nu sunt în natură. Partea superioară, stratul funcțional al senzorului constă dintr-un polimetilen polimer al biguanidinei, care este utilizat, de exemplu, ca antiseptic.
Mecanismul de lucru constă în măsurarea lungimii de undă a luminii reflectate, care este capturată utilizând un fotodetector și este folosit pentru a transforma fotoni în curent. Când gazul de CO2 intră în cameră, acesta este absorbit de stratul de polhexametilen biguanidină. După aceasta, indicele de refracție al stratului scade, iar lumina se reflectă la un unghi de 45 de grade. Schimbarea indicelui de refracție al stratului de polhexametilenă, precum și schimbarea lungimii de undă a luminii reflectate față de cea inițială depinde de concentrația de gaz.
Avantajul senzorului propus constă în faptul că nu provoacă modificări nedorite în indicele de refracție în stratul de polimer și nu înregistrează nivelul conținutului altor gaze în aer, de exemplu azot și hidrogen. În plus, este posibilă ajustarea caracteristicilor electromagnetice ale materialului și obținerea anumitor proprietăți optice, de exemplu, pentru a schimba nivelul de absorbție a luminii și, astfel, detectează concentrații mari de dioxid de carbon.
"În timpul lucrului, am efectuat un studiu numeric și am obținut dependența indicelui de refracție al stratului de polhexametilenă de biguanidină din concentrația de gaze de CO2. Am confirmat acuratețea senzorului folosind zece cicluri de măsurare duplicat. De fiecare dată am venit 50 ppm dioxid de carbon la senzor și, de asemenea, neclar cu camera de azot.
Analiza a arătat că senzorul arată concentrația de dioxid de carbon cu o eroare de ± 20 ppm și nu ia în considerare N2 ", a declarat Nikolai Kazansky, profesor de Departamentul de Cibernetică Tehnică a Universității Samara. Configurația senzorului propus poate fi utilizată pentru a detecta alte gaze toxice folosind materiale funcționale adecvate.
Sursa: Știința goală