Resultaten av det arbete som stöds av beviljandet av den ryska vetenskapsstiftelsen publicerades i Sensors Magazine. Koncentrationen av koldioxid i luften är ca 400 ppm (delar per miljon), detta är 0,04 procent av volymkoncentrationen. I områden som ligger nära vilka industriella företag är beläget är CO2-innehållsfrekvensen högre än ca 1,5 gånger - 600 ppm. Koncentration mer än 800 ppm anses vara skadlig för människors hälsa.
En ökning av koldioxid i luften påverkar inte bara välbefinnande, men leder också till global uppvärmning. Därför har världen ett växande behov av exakta sensorer som kan monito koncentrationen av växthusgaser. Idag använder detta icke-dispersiv infraröd spektroskopi. Sensorn består av en infraröd källa, en mätkammare, ett våglängdsfilter och en infraröd detektor.
Ett optiskt filter är installerat före detektorn, det absorberar allt ljus, förutom en viss våglängd, som kan fångas av molekylerna i den uppmätta gasen. När gas kommer in i kammaren mäts dess koncentration på grund av absorptionen av en viss våglängd i det infraröda spektret.
Sensorn som föreslagits av forskare skiljer sig från sina analoger med sin lilla storlek. Skikten av krom, guld och kisel appliceras på sitt optiska substrat. Silikon gjorda nanoskala cylindrar, så kallade metaatoms. Beläget i någon order, bildar de ytan av metamaterialet med de unika egenskaperna som inte är i naturen. Toppet, det funktionella skiktet av sensorn består av en polymerpolymetylen av biguanidinen, som exempelvis används som en antiseptisk.
Arbetsmekanismen består i att mäta våglängden hos det reflekterade ljuset, som fångas med användning av en fotodetektor, och den används för att omvandla foton i strömmen. När CO2-gas kommer in i kammaren absorberas den av skiktet av polyhexametylenbiguanidin. Därefter minskar brytningsindexet för skiktet, och ljuset reflekteras i en vinkel av 45 grader. Ändring av brytningsindexet för polyhexametylenskiktet, såväl som växlingen av våglängden hos det reflekterade ljuset i förhållande till det ursprungliga beror på gaskoncentrationen.
Fördelen med den föreslagna sensorn ligger i det faktum att det inte orsakar oönskade förändringar i brytningsindexet i polymerskiktet och registrerar inte nivån av innehållet i andra gaser i luften, till exempel kväve och väte. Dessutom är det möjligt att justera de elektromagnetiska egenskaperna hos materialet och för att erhålla vissa optiska egenskaper, till exempel för att ändra nivån av ljusabsorption och därigenom detektera stora koncentrationer av koldioxid.
"Under arbetet utförde vi en numerisk studie och erhöll beroendet av brytningsindexet för biguanidinpolyhexametylenskiktet från koncentrationen av CO2-gasformigt. Vi bekräftade sensorns noggrannhet med användning av tio dubbla mätcykler. Vi varje gång kom 50 ppm koldioxid till sensorn och suddades också med kvävekammare.
Analysen visade att sensorn visar koncentrationen av koldioxid med ett fel på ± 20 ppm och tar inte hänsyn till N2, säger Nikolai Kazansky, professor i avdelningen för teknisk cybernetik i Samara University. Den föreslagna sensorkonfigurationen kan användas för att detektera andra giftiga gaser med användning av lämpliga funktionella material.
Källa: Naken vetenskap