Optyczny czujnik tlenku węgla

Optyczny czujnik tlenku węgla

Naukowcom pracującym w międzynarodowym zespole udało się stworzyć materiał utworzony z dwutlenku krzemu, wewnątrz którego związane zostały nanocząsteczki tlenku niklu oraz złota. Materiał ten, absorbując tlenek węgla z otoczenia, zmienia swoje właściwości optyczne, stając się doskonałym detektorem tego bezwonnego, niebezpiecznego dla ludzi gazu.

Prof. Alessandro Martucci z włoskiego Uniwersytetu Padova, który koordynuje prace zespołu, powiedział, że materiały które reagują na obecność gazów w otoczeniu zmianami swoich właściwości optycznych, są niezwykle przydatne przy konstrukcji opto-chemicznych sensorów gazu

Naukowcy opracowali nowy optyczny sensor tlenku węgla (CO), wykorzystując w tym celu cienką warstwę superporowatego kompozytu, będącego mieszaniną dwutlenku krzemu (tworzy porowaty szkielet) oraz nanocząstek tlenku niklu i złota. Materiał ten powstał przy zastosowaniu tzw. techniki zol-żel.

Nowy materiał został zsyntetyzowany za pomocą technologii zol-żel, tworząc porowatą strukturę o wewnętrznej powierzchni czynnej dochodzącej do 600 metrów kwadratowych. Pierwszym etapem syntezy było zmieszanie w odpowiednich proporcjach prekursorów chemicznych (w postaci zolu) wszystkich elementów tworzących nanoporowaty kompozyt.

Następnie zawiesina została wylana na przezroczystse podłoże wykonane ze szkła kwarcowego oraz wyżarzona w wysokiej temperaturze, wynoszącej około 500 stopni Celsjusza przez 30 minut.

W ten sposób powstał gotowy porowaty nanokompozyt, którego właściwości fizykochemiczne zmieniają się pod wpływem obecności nawet minimalnych ilości CO.

"Badanie zmian opto-chemicznych sensora zachodzących w obecności tlenku węgla prowadzone było za pomocą spektrometru. Próbka wygrzewana była do temperatury 350 stopni Celsjusza i wystawiana na działanie ciepłego powietrza zmieszanego z tlenkiem węgla" - wyjaśnia prof. profesor A. Martucci.

Obecność tlenku węgla w otaczającym sensor powietrzu powoduje zmianę optycznych właściwości nanokompozytu, uwidocznioną poprzez spadek absorbancji materiału (przy długości fali 630 nm) o blisko 6 proc. względem próby kontrolnej. Wyniki badań spektrometrycznych wskazują na możliwość detekcji za pomocą nowego sensora o powierzchni około 2 centymetrów kwadratowych minimalnych ilości CO (10 ppm - części na milion).

Martucci powiedział, że obecne prace zespołu polegają na opracowaniu systemu bazującego na kompozytowych opto-chemicznych sensorach, który pozwoli na detekcję wielu gazów jednocześnie za pomocą pojedynczego czujnika.

(lz)