Резултати рада који подржавају Грант Руске научне фондације објављени су у часопису Сенсорс. Концентрација угљен-диоксида у ваздуху је око 400 ппм (делови на милион), то је 0,04 одсто концентрације јачине звука. У областима у близини које се налазе индустријска предузећа, стопа садржаја ЦО2 је већа од око 1,5 пута - 600 ппм. Концентрација Више од 800 ппм сматра се штетним за здравље људи.
Повећање угљен-диоксида у ваздуху не утиче само не само добробит, већ и до глобалног загревања. Стога свет има растућу потребу за тачним сензорима који могу монито концентрацију стакленичких гасова. Данас то користи не-дисперзивну инфрацрвену спектроскопију. Сензор се састоји од инфрацрвеног извора, мерне коморе, филтера таласне дужине и инфрацрвеног детектора.
Оптички филтер је инсталиран пре детектора, апсорбује сву светлост, осим одређене таласне дужине, што може бити заробљено молекули измереног гаса. Када гас уђе у комору, његова концентрација се мери због апсорпције одређене таласне дужине у инфрацрвеном спектру.
Сензор који предложи научници разликују се од својих аналога са малим величинама. Слојеви хрома, злата и силицијума примењују се на његову оптичку подлогу. Силицијум је направио наноскалне цилиндре, такозване метаатоме. Смештен у неком редоследу, они формирају површину метаматеријала јединственим својствима која нису у природи. Врх, функционални слој сензора састоји се од полимерног полимерија полимера бигуанидин, који се користи, на пример, као антисептик.
Механизам рада састоји се у мерењу таласне дужине од рефлектиране светлости, које је заробљено коришћењем фотодетектора и користи се за претварање фотона у струју. Када је ЦО2 гас улази у комору, то се апсорбује слој полихексаметилена бигуанидина. Након тога, рефракциони индекс слоја смањује се, а светлост се огледа под углом од 45 степени. Промјена рефракцијског индекса полихексатхиленског слоја, као и пребацивање таласне дужине рефличне светлости у односу на почетни зависи од концентрације гаса.
Предност предложеног сензора лежи у чињеници да не изазива нежељене промене у индексу рефракције у полимерном слоју и не бележи ниво садржаја осталих гасова у ваздуху, на пример азот и водоник. Поред тога, могуће је подесити електромагнетне карактеристике материјала и добити одређена оптичка својства, на пример, да промените ниво апсорпције светлости и на тај начин откривају велике концентрације угљен-диоксида угљен-диоксида.
"Током рада спровели смо нумеричку студију и стекли зависност од индекса рефракције бигуанидин полихексатхиленског слоја из концентрације гасовитог ЦО2. Потврдили смо тачност сензора користећи десет дупликатних циклуса мерења. Сваки пут смо дошли 50 ппм угљен диоксид на сензор, а такође је замућен са комором за азот.
Анализа је показала да сензор показује концентрацију угљен-диоксида са грешком од ± 20 ппм и не узима у обзир Н2 ", рекао је Николај Казански, професор Одељења за техничку кибернетику Самара универзитета. Предложена конфигурација сензора може се користити за откривање других токсичних гасова помоћу одговарајућих функционалних материјала.
Извор: Гола наука