Elementy czujników optycznych do detekcji gazów śladowych
Pracując nad wykrywaniem stężeń gazów redukujących lub utleniających, niezwykle niewielkich, bo rzędu 10 części na miliard, w ramach projektu NANOPHOS starano się wyjść poza ustalone koncepcje elektrochemicznej lub spektroskopowej kontroli obecności gazów, Dzięki wykorzystaniu wyłaniających się obecnie technologii nanofotonowych opracowano nową kategorię czujników optycznych umożliwiających złagodzenie niedoborów w zakresie czułości oraz selektywności. Opracowane w oparciu o wykrywanie zmian wskaźnika refrakcji powłok tlenkowych podczas oddziaływania na nie gazów niebezpiecznych, czujniki optyczne stanowią obiecujące istotne ulepszenia w dokładności pomiarów stężeń gazów. Cienkie powłoki tlenku cynku (ZnO), dwutlenku cyny (SnO2) oraz innych materiałów nieorganicznych, wykorzystane zostały w charakterze czułych substancji z nadzwyczaj szybkimi charakterystykami reakcji. Zmiany ich własności optycznych mogły być wykrywane przy pomocy optycznego systemu monitorowania generującego wiązki światła w kierunku cienkich powłok tlenkowych. Naukowcom z Instytutu Technologii Elektronowej w Polsce powierzono wyzwanie dotyczące wyprodukowania optycznych elementów dyfrakcyjnych reagujących na węglowodory i inne związki organiczne, łącznie z alkoholami. Przy wykorzystaniu technik fotolitograficznych na specjalnie zaprojektowane fotoczułe polimery, jak również na wielowarstwowe cienkie struktury powłok typu metal/tlenek metalu, nałożono siatki optyczne. Materiały polimerów pozostają przezroczyste w szerokim obszarze długości fal, ale wykazują wiele cech niekorzystnych, takich jak wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej oraz pogarszanie swoich właściwości po długotrwałym oświetlaniu. Z drugiej strony, siatki optyczne nałożone na bazie powłok tlenkowych zapewniają pożądany wzrost selektywności. Wahania wydajności dyfrakcyjnej siatek mogą być wykorzystywane do pomiaru niezwykle niskich stężeń gazu, nie tylko w wyniku zmian ich wskaźnika refrakcji, lecz także z uwagi na swoją geometrię. Dodatkowe korzystne charakterystyki wymienionych elementów czujników obejmują możliwość ich pracy w temperaturze pokojowej, jak również w warunkach nietypowych oraz zupełnie skrajnych.
