Krijoi një sensor që mat dioksid karboni me një gabim të vogël

Anonim
Krijoi një sensor që mat dioksid karboni me një gabim të vogël 22198_1
Krijoi një sensor që mat dioksid karboni me një gabim të vogël

Rezultatet e punës së mbështetur nga dhënia e Fondacionit Russian të Shkencave u botuan në revistën Sensors. Përqendrimi i dioksidit të karbonit në ajër është rreth 400 ppm (pjesë për milion), kjo është 0.04 për qind e përqendrimit të volumit. Në zonat afër të cilave ndodhen ndërmarrjet industriale, norma e përmbajtjes së CO2 është më e lartë se rreth 1.5 herë - 600 ppm. Përqendrimi më shumë se 800 ppm konsiderohet i dëmshëm për shëndetin e njeriut.

Një rritje e dioksidit të karbonit në ajër prek jo vetëm mirëqenien, por gjithashtu çon në ngrohjen globale. Prandaj, bota ka një nevojë në rritje për sensorë të saktë që mund të monito përqendrimin e gazrave serrë. Sot, kjo përdor spektroskopi infra të kuqe dispersiv. Sensori përbëhet nga një burim infra të kuqe, një dhomë matëse, një filtër gjatësi vale dhe një detektor infra të kuqe.

Një filtër optik është instaluar para detektorit, ai thith të gjithë dritën, me përjashtim të një gjatësi vale të caktuar, e cila mund të kapet nga molekulat e gazit të matur. Kur gazi hyn në dhomën, përqendrimi i saj matet për shkak të absorbimit të një gjatësi vale të caktuar në spektrin infra të kuqe.

Sensori i propozuar nga shkencëtarët është i ndryshëm nga analogët e saj me madhësinë e saj të vogël. Shtresat e kromit, arit dhe silikonit aplikohen në substratin optik të saj. Silicon bëri cilindra nanoscale, të ashtuquajturat methatoms. E vendosur në një mënyrë, ata formojnë sipërfaqen e metamaterial me pronat unike që nuk janë në natyrë. Në krye, shtresa funksionale e sensorit përbëhet nga një polimethylen polimer i Biguanidine, i cili përdoret, për shembull, si një antiseptik.

Krijoi një sensor që mat dioksid karboni me një gabim të vogël 22198_2
Skema e përdorur për të zbuluar gazin CO2 duke përdorur metodën e studimit përgjatë gjatësi vale: a) shtresa e hollë e shtresës funksionale të PHMB zbatohet në sipërfaqen e META; b) Reagimi midis gazit të CO2 dhe grupeve funksionale që përmbajnë - © Kazanskiy et al. / Sensorë, 2021

Mekanizmi i punës konsiston në matjen e gjatësisë së valës së dritës së reflektuar, e cila është kapur duke përdorur një fotodetekt, dhe përdoret për të kthyer fotonet në rrymën aktuale. Kur gazi CO2 hyn në dhomën, ajo absorbohet nga shtresa e polihexamethylen biguanidine. Pas kësaj, indeksi refraktiv i shtresës zvogëlohet, dhe drita reflektohet në një kënd prej 45 gradë. Ndryshimi i indeksit thyes të shtresës së polihexamethylenit, si dhe zhvendosja e gjatësisë së valës së dritës së reflektuar në krahasim me fillimin e varur nga përqendrimi i gazit.

Avantazhi i sensorit të propozuar qëndron në faktin se nuk shkakton ndryshime të padëshirueshme në indeksin thyes në shtresën e polimerit dhe nuk regjistron nivelin e përmbajtjes së gazrave të tjerë në ajër, për shembull azot dhe hidrogjen. Përveç kësaj, është e mundur për të rregulluar karakteristikat elektromagnetike të materialit dhe për të marrë vetitë e caktuara optike, për shembull, për të ndryshuar nivelin e thithjes së dritës dhe për të zbuluar përqendrime të mëdha të dioksidit të karbonit.

"Gjatë punës, ne kemi kryer një studim numerik dhe kemi marrë varësinë e indeksit thyes të shtresës së polifeksetilenit Biguanidine nga përqendrimi i CO2 i gaztë. Ne konfirmuam saktësinë e sensorit duke përdorur dhjetë cikle të matjes së kopjuara. Ne çdo herë erdhi 50 ppm dioksid karboni në sensor, dhe gjithashtu të paqartë me dhomën e azotit.

Analiza tregoi se sensori tregon përqendrimin e dioksidit të karbonit me një gabim prej ± 20 ppm dhe nuk merr parasysh N2 ", tha Nikolai Kazansky, profesor i Departamentit të Cybernetics teknike të Universitetit Samara. Konfigurimi i propozuar i sensorit mund të përdoret për të zbuluar gazra të tjerë toksikë duke përdorur materiale funksionale të përshtatshme.

Burimi: Shkenca e zhveshur

Lexo më shumë