Výsledky práce podporovanej grantom nadácie Ruskej vedy boli publikované v časopise Sensors. Koncentrácia oxidu uhličitého vo vzduchu je asi 400 ppm (diely na milión), to je 0,04% koncentrácie objemov. V oblastiach, v ktorých sa nachádzajú priemyselné podniky, je miera obsahu CO2 vyššia ako 1,5-krát - 600 ppm. Koncentrácia Viac ako 800 ppm sa považuje za škodlivé pre ľudské zdravie.
Zvýšenie oxidu uhličitého vo vzduchu ovplyvňuje nielen dobre, ale tiež vedie k globálnemu otepľovaniu. Svet má preto rastúcu potrebu presných snímačov, ktoré môžu monitorovať koncentráciu skleníkových plynov. Dnes to používa netečnú infračervenú spektroskopiu. Snímač pozostáva z infračerveného zdroja, meracej komory, filtra vlnovej dĺžky a infračerveného detektora.
Pred detektorom je inštalovaný optický filter, absorbuje všetky svetlo, s výnimkou určitej vlnovej dĺžky, ktorá môže byť zachytená molekulami nameraného plynu. Keď sa plyn vstúpi do komory, jej koncentrácia sa meria v dôsledku absorpcie určitej vlnovej dĺžky v infračervenom spektre.
Senzor navrhovaný vedcami sa líši od jeho analógov s malou veľkosťou. Vrstvy chrómu, zlata a kremíka sa aplikujú na jeho optický substrát. Silikónové nanočastné valce, tzv methaatoms. Nachádza sa v určitom poradí, tvoria povrch memateriálu s jedinečnými vlastnosťami, ktoré nie sú v prírode. Horná, funkčná vrstva snímača pozostáva z polymérneho polymetylénu biguanidínu, ktorý sa používa napríklad ako antiseptický.
Mechanizmus práce spočíva v meraní vlnovej dĺžky odrazeného svetla, ktorý je zachytený pomocou fotodetetora a používa sa na konverziu fotónov do prúdu. Keď plyn CO2 vstupuje do komory, absorbuje vrstvou polyhexametylénového biguanidínu. Po tom, index lomu vrstvy sa znižuje a svetlo sa odráža pod uhlom 45 stupňov. Zmena indexu lomu polyhexametylénovej vrstvy, ako aj posunu vlnovej dĺžky odrazeného svetla vzhľadom na počiatočnú závislosť od koncentrácie plynu.
Výhodou navrhovaného senzora spočíva v tom, že nespôsobuje nežiaduce zmeny indexu lomu v polymérnej vrstve a nezaznamenáva úroveň obsahu iných plynov vo vzduchu, napríklad dusík a vodík. Okrem toho je možné nastaviť elektromagnetické vlastnosti materiálu a získať určité optické vlastnosti, napríklad na zmenu úrovne absorpcie svetla a teda detegovať veľké koncentrácie oxidu uhličitého.
"Počas práce sme uskutočnili numerickú štúdiu a získali závislosť refrakčného indexu polyhexametylénovej vrstvy biguanidínu z koncentrácie plynného CO2. Potvrdili sme presnosť snímača pomocou desiatich duplicitných cyklov merania. Každýkrát prišiel 50 ppm oxid uhličitý na snímač a tiež rozmazaný dusíkovými komorami.
Analýza ukázala, že senzor ukazuje koncentráciu oxidu uhličitého s chybou ± 20 ppm a neberie do úvahy N2, "povedal Nikolai Kazansky, profesor oddelenia technickej kybernetiky Univerzity Samara. Navrhovaná konfigurácia snímača sa môže použiť na detekciu iných toxických plynov s použitím vhodných funkčných materiálov.
Zdroj: Nahá veda