Продажа квадроциклов, снегоходов и мототехники
second logo
Пн-Чт: 10:00-20:00
Пт-Сб: 10:00-19:00 Вс: выходной

+7 (812) 924 3 942

+7 (911) 924 3 942

Содержание

Почему щелкает клапан адсорбера приора

Стук этот раздрожающий на холодную на холостом достал…у кого как стучит адсорбер…и кто что делал…или хуанхэ с ним стучит)?!

Mileage: 4600 km

У меня на Приоре ток цокол то переставал мастер сказал если не цокает никогда значит он не работает ))) взял весту тут не цокает вообще но только стоит машине перейти на метан и все цокает без остановки достал уже

Тоже цокает, и на холодную и на горячую

На приоре у брата тоже стучит, меняли ничего не изменилось)))

Да находил инфу типо регулировочный винт на нем крутить…ток вот накрутиши, работать перестанет и стучать))

Достаточно сильно кстати похож звук. Расположен чуть ниже сзади за воздушным фильтром, маленький такой блочок, чёрного света, чуть больше спичечного коробка.

Где этот ад- штука расположен? И на сколько его щелчки похожи на щелчки гидриков?

да непохоже на гидрики совсем…а клапан на воздухане сзади

Он так работает. Работает адсорбер по специальной программе, которая в контроллере. Там всё зависит от состояния паров бензина в топливной системе и от характера движения автомобиля. Дело в том, что контроллер подаёт команду клапану открываться с определённой частотой, вот он и молотит. Просто сам клапан шумный, всего и делов! А шумит в основном на холодном движке после длительного простоя, когда в адсорбере и баке накопится очень много паров бензина. клапан их стравливает в ресивер.

Симптомы засорения адсорбера:

Переодически после прогревания двигателя более 60 градусов, начинают падать холостые обороты двигателя.
На ходу переодически машина начинает тупить без особо видимых причин (типа 2 мин. туплю 10 мин. летаю) .
Дагностика выдает ошибки вроде : «превышен предел адаптации» или «регулирование смеси выходит за допустимые границы».
Ситуация обостряется во влажную погоду или если правым колесом въехать в лужу.

Если наблюдаються выше перечисленные симптомы, стоит проверить адсорбер.
Можно так: отсоединить шланг идущий от клапана к коллектору и заглушить его и покататься дней 5, если симптомы исчезли, то адсорбер засорился.

Сталкивались ли вы с щелчками клапана адсорбера на Лада Приора?

Вот наконец прошел обкатку

by Adminrive · Published 01.02.2015

Парни какие лампочки в приборке

by Adminrive · Published 15.06.2015

Парни кто сам моет машину керхером

by Adminrive · Published 23.05.2015

12 комментариев

Хуярит как папа карло

5 лет щелкал. Потом замолчал. И новый не щелкает. Что то сломалось.

Щелкает, говорят так должно быть, так сказали оффициалы. С новья этого не замечал, по гарантии менять не стали. Начинает щелкать после прогрева до 40-50 градусов, поездеешь бросает. И так каждый раз.

Ох и опрос! Как будто все недавно с салона машину купили и обслуживаются по гарантии.

Тут большинство не знают что он щелкает)) думают гидрики))

Он регулируется, я отрегулировал себе и теперь не щелкает

Вопрос типа»Сталкивались ли вы что ваш двигатель заводиться»)))В определённых случаях должен как раз этот клапан срабатывать. Не всегда конечно он должен работать.Изучите мат часть)

Ислам, как регулируется и на что она влияет?

Михаил, на нем есть дырочка, заливая чем-то, её можно отковырять и там будет регулятор, в виде шурупа

Михаил, на что влияет не знаю, говорят он начинает трещали из-за холодного воздуха, у меня новый клапан лежит тоже, я его ставил, он тоже трещал. Дождусь тёплых времен, поставлю снова новый и если не будет трещать, то оставлю уже его до конца

Щёлкал, купил новый и вот уже как полтора года нормально работает!

Как работает клапан адсорбера на Приоре?

Как определить неисправность адсорбера?

Признаки, по которым можно механически определить неисправность клапана адсорбера:

  1. Появление провалов на холостом ходу двигателя.
  2. Очень низкая тяга двигателя.
  3. Не слышно звуков срабатывания клапана при работе двигателя.
  4. Шипение при открытии крышки бензобака свидетельствует о разрежении в системе.

Почему щелкает клапан адсорбера?

это пластиковая банка заполненная активированным углем для задержки паров бензина из бака. при работе двигателя открывается клапан продувки и бензиновые пары идут во всасывающий коллектор. чем больше работает двигатель тем чаще срабатывает клапан. может это он у тебя щелкает.

Что будет если сломается адсорбер?

Внешние признаки неисправности

Нестабильная работа двигателя на холостых оборотах (обороты «плавают» вплоть до того, что машина заводится и глохнет, поскольку она работает на обедненной топливовоздушной смеси).

Как проверить работу адсорбера на ваз 2112?

Проверить адсорбер можно и тогда, когда он снят с автомобиля. Нам необходимо взять медицинский шприц, который подойдет по объему, и вытащить поршень примерно на 3 см. После подсоединяем к отводящему штуцеру. Если на него надавить, и он «пойдет» с трудом, то значит в клапане есть давление.

Можно ли отремонтировать клапан адсорбера?

Ремонт клапана адсорбера из‐за особенностей конструкции не производится, попытка восстановления его работоспособности приведет к его разрушению и не имеет смысла. … Клапан при необходимости промывается растворителем и продувается, если при этом дефект остается на его место устанавливается новый.

Какое напряжение должно идти на датчик адсорбера?

На клапан продувки адсорбера должно подаваться напряжение 12 вольт( не менее).

Где находится клапан продувки адсорбера Калина?

Чтобы контролировать количество поступаемых в камеру сгорания паров топлива, на каждую модель автомобиля с двигателем инжекторного типа устанавливается специальный продувочный клапан – как правило, в районе бензобака.

Для чего служит клапан продувки адсорбера?

Клапан продувки адсорбера является важным элементом системы улавливания паров бензина. Именно он отвечает за то, чтобы пары попадали в ресивер впускного коллектора. В последствии испарения используются для запуска авто, что значительно экономит топливо и предотвращает загрязнение окружающей среды.

Как влияет забитый адсорбер на работу двигателя?

Стоит понимать, что исправная система, вообще никак не влияет на работу двигателя, а даже экономит немного топлива, ведь пары которые остались в основном корпусе затем дожигаются в двигателе, конечно ждать что экономия будет огромной не стоит, но несколько километров пробега получается.

Зачем нужен гравитационный клапан?

Гравитационный клапан предотвращает перелив топлива, в случае опрокидывания автомобиля. Различные соединительные шланги и трубки. Пожалуй, одним из основных элементов всей адсорбирующей системы является магнитный клапан.

Как проверить клапан адсорбера на ваз 2114?

Для проверки нужно отсоединить шланг между дроссельным узлом и продувочным клапаном и заткнуть его. Свечой, например. Если обороты двигателя не стали нормальными, то засорился адсорбер. При откручивании пробки бензобака слышится шипение или пары бензина выдавливают ее из заливной горловины.

Клапан продувки адсорбера Лады Приора: неисправности, как проверить

Каждый последующий выпуск модели инжекторных машин Приора имеет какое-то новшество или усовершенствование деталей двигателя или дизайнерского оформления салона. Вот и серия 2112 дополнилась адсорбером.

Читайте также: Схема и устройство передней подвески Лада Приора

«Экологический пост» – сборщик отработанных паров топлива. Количество их колеблется в зависимости от марки бензина. Своевременная очистка также способствует меньшему расходу горючего. Сам процесс происходит, когда двигатель не работает. Адсорбер представляет собой маленькую пластиковую коробочку, заполненную активированным углем, поэтому и цвет у нее черный. Увидеть ее можно возле бензобака, с которым она соединяется трубочками.

Читайте также: Неисправности катушки зажигания на Лада Приора 8 и 16 клапанов и выбор

Отработанные газообразные вещества проходят через этот фильтр, а затем возвращаются в бензобак после продувки клапаном, который путем конденсирования осаждает грязные пары, а часть уже очищенного топлива возвращается в бензобак по патрубкам. Вот вам и выгода, хоть и небольшая, но 1% – тоже деньги! В атмосферу уже выходит более чистый газ. От маленького клапана зависит работа главного органа машины – двигателя. Он спасет мотор от загрязнения.

Поломка клапана продувки

Функционирует клапан по принципу электромагнитной индукции. Неисправный запорник, как его еще можно назвать, издает щелчки и шипение при выпуске неочищенных паров из бензобака. Табло панели машины включает сигнал поломки, проведенная диагностика точно покажет неисправность.

Причины сбоя в работе:

  • замкнула обмотка;
  • оборвались проводки;
  • механическое повреждение.

Неисправная деталь адсорбера ремонту не подлежит, ее необходимо только заменить. Эту несложную процедуру можно сделать самостоятельно. В последних моделях Приоры он находится под крышкой мотора, и снять его не представляет труда.

Первый вариант:

  • разъединить проводки;
  • размягчить патрубок горячей водой;
  • снять и поменять клапан;
  • опять использовать кипяток и мягкую трубку зажать, можно с помощью хомутика.

Второй способ:

  • сделать обрез шлангочки по краю детали;
  • поставить новый запорник;
  • патрубок нагреть и одеть на место.

Не забыть присоединить адсорбер в изначальное положение и провести прошивку электронного блока управления.

Система улавливания паров топлива Лада Приора

Узлы системы улавливания паров топлива (адсорбер, сепаратор паров топлива, клапан продувки адсорбера, гравитационный клапан) снимают для проверки или замены при появлении стойкого запаха бензина, вызванного негерметичностью узлов и трубопроводов, а также отказом клапана продувки адсорбера

Кроме того, негерметичность адсорбера и отказ клапана продувки могут вызвать неустойчивую работу двигателя на холостом ходу вплоть до его остановки.

Замена сепаратора паров топлива

Сепаратор паров топлива установлен в нише левого заднего колеса.

Снимите минусовую клемму с аккумулятора

Установите автомобиль на подъемник или осмотровую канаву.

Снимите левое заднее колесо.

Для снятия сепаратора сожмите фиксатор быстросъемного разъема

Снимите трубку слива топлива со штуцера бензобака.

Подденьте отверткой держатель трубки слива топлива

Высвободите держатель вместе с трубкой.

Отверните гайку крепления держателя пароотводящей трубки от сепаратора к адсорберу.

Разомкните пароотводящие трубки, сжав фиксатор быстросъемного разъема.

Отверните четыре гайки крепления держателей пароотводящей трубки и трубки слива топлива.

Отверните две гайки крепления кронштейна сепаратора к кузову

Снимите сепаратор в сборе с кронштейном, трубками и гравитационным клапаном.

Так выглядит сепаратор в сборе. Приобретайте для замены точно такой же вместе с трубками и гравитационным клапаном, так как трубки несъемные.

Устанавливайте сепаратор паров топлива в последовательности, обратной снятию.

Замена адсорбера

Адсорбер системы улавливания паров топлива установлен в моторном отсеке на облицовке радиатора справа.

В связи с особенностями компоновки автомобиля доступ к его креплению непосредственно на автомобиле достаточно прост.

Для снятия адсорбера сожмите фиксатор быстросъемного разъема

Снимите трубку подачи паров топлива к клапану продувки.

Аналогичным образом отсоедините трубку забора паров топлива от сепаратора

Выверните два болта крепления адсорбера

Снимите адсорбер.

Так выглядит адсорбер. Приобретайте для замены точно такой же

Устанавливайте адсорбер в порядке, обратном снятию

Замена клапана продувки адсорбера

Клапан продувки адсорбера установлен в моторном отсеке на декоративном кожухе двигателя.

Для снятия клапана отожмите фиксатор

Отсоедините от клапана колодку жгута проводов.

Отожмите фиксатор пружинного зажима

Извлеките зажим

Снимите клапан с кронштейна его крепления.

Ослабьте затяжку хомута крепления шланга подачи паров топлива от адсорбера

Отсоедините шланг от штуцера клапана продувки.

Ослабьте затяжку хомута крепления шланга подачи паров топлива к дроссельному узлу

Отсоедините шланг от штуцера клапана

Так выглядит клапан продувки адсорбера.

Приобретайте для замены точно такой же.

Устанавливайте клапан продувки адсорбера в порядке, обратном снятию.

Вентиляция бака приора


6.4 Вентиляция топливного бака

Вентиляция топливного бака

  • К заливной горловине топливного бака присоединен вентиляционный шланг, который присоединен к верхней части датчика уровня топлива в баке. Через этот шланг отводится воздух при заливе топлива в бак.
  • Тонкий вентиляционный шланг отводит образующиеся пары к емкости с активированным углем.
  • Во время движения через этот шланг поступает воздух при уменьшении уровня топлива, что предотвращает образование разрежения в баке. Поэтому при установке бака обратите особое внимание на то, чтобы шланг не был перекручен или пережат.
На рисунке изображены важные элементы закрытой системы улавливания паров топлива. При определенной температуре охлаждающей жидкости и нагрузке на двигатель открывается мембранный клапан (1), на который передается пониженное давление из впускного коллектора, и также создается разряжение в мембранном клапане (2). Вследствие этого собравшиеся в емкости с активированным углем (рисунок справа) пары топлива отсасываются через впускной коллектор в камеры сгорания. Емкость с активированным углем находится на правом крыле.

Емкость с активированным углем

Для защиты окружающей среды шланг вентиляции бака на моделях Renault 19 с бензиновым двигателем и регулируемым катализатором соединен с емкостью, в которой находится активированный уголь. Эта емкость расположена за брызговиком в правом крыле. На неработающем двигателе или на холостом ходу пары бензина аккумулируются в этой емкости, чтобы затем попасть в камеру сгорания двигателя при повышении нагрузки на двигатель или увеличении числа оборотов. За подачу паров топлива к рабочей смеси отвечает электромагнитный клапан, который получает команду от прибора управления впрыском и зажиганием. При соответствующей нагрузке на двигатель этот клапан открывает шланг пониженного давления к впускному коллектору или системе вентиляции двигателя, вследствие чего пары топлива откачиваются из емкости с активированным углем.

Проверка системы вентиляции

  1. Приподнимите заднюю часть машины.
  2. Отсоедините бак и опустите его.
  3. Посмотрите, насколько изношены шланги, и проверьте правильность отдельных соединений и при необходимости произведите замену.
  4. Отсоедините вентиляционный шланг от бака.
  5. Продуйте этот шланг автомобильным насосом.
  6. Если продувка осуществляется с усилием, проверьте, не забит ли шланг, при необходимости замените электромагнитный клапан.

Предохранительный клапан

Если Renault 19 переворачивается, то из вентиляционного трубопровода не может вытекать более 30 г топлива в минуту. Рядом с заливной горловиной бака в правом крыле расположен предохранительный клапан.

Этот клапан связан через вентиляционный шланг заливной горловины с баком. Предохранительный клапан расположен так, что даже при очень сильном наклоне выпускное отверстие остается закрытым. Также в заливную горловину бака вставлен клапан, предохраняющий от переполнения. Если бак переполняется, то открывается предохраняющий от переполнения клапан и отводит избыточное давление через вентиляционный шланг в емкость с активированным углем.

Проверка предохранительного клапана

  1. Приподнимите заднюю часть автомобиля.
  2. Открутите крепление бака и снимите его.
  3. Отсоедините вентиляционный шланг от бака.
  4. Если Вы при горизонтальном положении автомобиля подуете в этот шланг, то воздух должен проходить легко.
  5. В противном случае проверьте, не закупорены ли где-нибудь шланги, при необходимости замените клапан.

Система улавливания паров бензина ВАЗ 2110(ОЕМ) — бортжурнал Лада 2110 #ПрисяткА# VRN 2000 года на DRIVE2

Привет всем! Ну начнём с того, что меня начала напрягать вонь бензином в салоне.Начал искать, откуда это может быть.Вариантов не мало:Причина №1: Патрубок наливной горловины (2108-1101080).Это тот шланг, который соединяет наливную горловину и бензобак. От старости он трескается, решается проблема путем его замены.

Причины: протекает бензин при полном баке и при заправке.

Причина №2: Шланг вентиляции сепаратора (2110-1164089) или шланг сепаратора 2110-1101079.Система улавливания паров бензина (Сепаратор), на ВАЗ 2110, 2111, 2112 он крепится под левым задним крылом. Проверяем/продуваем шланги и при необходимости их меняем/очищаем спицей и компрессором. Кстати, это не единственные патрубки, которые могут прохудиться, тщательно проверьте всю топливную магистраль на наличие утечек.Система улавливания паров бензина. Каталог ВАЗ 2110, 2111, 2112Конструктивно вентиляционный шланг сепаратора располагается в отверстие в лонжероне кузова, что не совсем удачно. Если на автомобиле не установлена система улавливания паров бензина, то пары могут легко проникать в салон по внутренним полостям. Устранить такой промах инженеров можно путем доработки. Потребуется Клапан бензобака обратный ВАЗ 2105, 2108-099, 2110 (код 21050-1164060) и колпачок предохранительн ого клапана ВАЗ 21082 (код 21082-1101194).Извлекаем из лонжерона (в арке снятого колеса) шланг вентиляции сепаратора.Конец шланга подогреваем в горячей воде или обминаем его плоскогубцами.Одеваем на этот шланг купленный клапан с колпачком.

Выводим наше устройство за сепаратор и крепим его хомутами.

Причина №3: Крепление бензонасоса.Бензонасос крепится с помощью прижимного кольца, а для предотвращения попадания паров бензина в салон устанавливается уплотнительное кольцо.

Проверяем состояние этой прокладки, уплотнение клеммника на бензонасосе и достаточно ли сильно затянуты гайки прижимного кольца

Причина №4 Пробитие бензобака.В этом случае топливный бак ремонтируют.

Значит патрубок наливной горловины не может, я его менял недавно, прокладка бензонасоса под сиденьем в салоне тоже принюхался.не воняет, бак вроде не течёт, остаётся только система улавливания паров бенза.Изучив схемы, полез смотреть в натуре и что вы думаете, трубки от бака до сепаратора сгнили в потроха, разложились и забиты все грязью были, опять вспомнил конструктора десятки.нехороший он человек, му…к он. и в месте, где разложились, было мокрое пятно от бенза.вот он то и проникал в салон.Ну чтож, пока одна причина выявлена.надо устранять. Кстати.у меня система без адсорбера.Начал поиски.Кто сталкивался с этой системой, тот знает.что её практически не реально найти не в одном городе.мож только в москве или тольятти.Сначала думаю, ну хрень.щас закажу в емех, вбил артикулы и хрен там.не знает эмех и экзист таких номеров трубок.Ладно думаю, поеду щас магаз и всё куплю, ага, щас наивный прям.Половина продавцов на меня смотрела как на инопланетянина, и причём таких продавцов в разных магазинах дохрена, вообще устройство машин не знают, а остальная половина сказала, что такое не возят.специфический товар и не пользуется спросом.Как так то, уроды, раз есть запчасть на машине, значит она должна продаваться.Короче объездил почти все авто магазы.Остался последний шанс Авторынок.Приехал туда, но и там тоже на меня глазами хлопали, предлагали самому согнуть и купить где то трубок.короче были посланы далеко.зачем что то гнуть, когда есть всё заводское.Пошёл в конец самый авторынка, уже не надеялся, подошёл просто так уже к продавану в каком то даже не лотке, а с машины и не надеясь спросил и о чудо, появился хоть какой то шанс.сказал, были, но сегодня как раз продал такие трубки.НУ б…я, я подумал, что ж такое, но рядом как раз хозяин лотка был, складывали уже товар и говорит.у меня как раз в гараже завалялась одна такая система на десятку, поеду поищу, если найду, привезу.Приходи типа завтра.Ну думаю, попытка не пытка, приеду .мож найдёт.приехал, как раз дождь лил.промок весь нахрен.Хозяина всё нет и нет.Короче дождался, смотрю, привёз то, что надо, всё новое и в сборе с сепаратором, хомутами, трубками и даже клапан гравитационный.У меня с завода такой не стоял, но болты под него были, хотя толку от них, всё равно сгнили.И ещё я докупил обратный клапан от ваз 2105 с колпачком восмёрошным и погрев трубку зажигалкой, одел его на конец шланга .который идёт от сепаратора и прикрепил пока около сепаратора, потом выведу к заливной горловине, как шланги удлинить куплю.Можно было бы ещё и от нивы, вместо этого поставить.Старое добро всё демонтировал, болты естественно почти все отгнили.пришлось пока сажать на саморезы, скоро отдам на переварку.Трубку по низу обработал мастикой.Ну теперь посмотрим, что изменится и подкрылок новый за одно поставил.Спасибо всем за внимание, писанину читать я знаю.что муторно и некто её не читает, но всё же терпеливым респект, Ну а дальше как и обещал, будет координальный стайлинг салона, если получится, ждите, всё уже закуплено и ждёт установки!)

Клапан адсорбера Приора: ремонт и замена

Автомобиль на сегодняшний день — это высокотехнологичное и довольно сложное устройство. Разобраться во всех тонкостях его обустройства простому автолюбителю крайне сложно и практически нереально.

Но все же необходимо, по крайней мере, иметь хоть какие-то понятие об эксплуатации автомобилей. Это позволит вовремя определить возможные технические проблемы и призвать к помощи специалистов по их починке.

В статье рассмотрим такую, с одной стороны, второстепенную деталь как электромагнитный клапан продувки адсорбера Приора, разберем причины его выхода из строя, а также расскажем об основных моментах, на которые следует обратить внимании при его замене.

Понятие клапана адсорбера в автомобиле его внешний вид и предназначение

Такое устройство установлено на всех инжекторных двигателях. Таким же двигателем оснащена и Приора. Клапан адсорбера монтируется в самом устройстве, с виду похожим на банку, наполненную активированным углем. Она устанавливается рядом с бензобаком, и поглощает выделяемые пары бензина.

При помощи угля пары конденсируются и перенаправляются в систему питания мотора. Чтобы такая система работала правильно, ее необходимо постоянно вентилировать. Именно для удаления конденсата и вентиляции служит электромагнитный клапан.

При работе на холостых оборотах либо в холодный период времени года работа клапана адсорбера Приора часто звучит как стрекотание. Многие водители ошибаются, думая, что этот шум вызван неисправностями роликов или газораспределительного механизма, например. Чтобы в этом убедиться, достаточно просто резче нажать на педаль газа. Если после этого стрекот не прекратился, то наверняка это точно наше устройство.

Последствия неисправности клапана

Недостаточное функционирование системы вентиляции и конденсации паров топлива в бензобаке приводят к тому, что бензобак не проветривается как это необходимо. В совокупности существует риск вызвать разрежение, которое приводит к повреждению деформациям, бензонасоса.

Более того, отсутствие вентиляции на Приоре адсорбера вызовет накапливание бензина во впускном коллекторе, что в результате негативно отразится на общей работе двигателя, которая проявится в виде выхода из строя катализатора, лямбда-зонда или засорения свечей и т.п.

Каким образом обнаружить неисправность клапана адсорбера

Чаще всего поломку устройства вызывает возникновение провалов на холостых оборотах, а также слабой тяговитости двигателя. Помимо этого неслышно будет и звуков срабатывания клапана во время непосредственной работы мотора.

Не забывайте внимательно следить за появлением шипения во время отвинчивания крышки бензобака, факт наличия таких звуков свидетельствует о разрежении бака, что говорит о неисправности системы вентиляции. В результате чего возникнет необходимость ремонта, а то и вообще снова купить клапан адсорбера Приоры.

Подробнее о работе адсорбера

Как уже оговаривалось, клапан адсорбера предназначен для улавливания паров топлива. Такие пары накапливаются в специальном сепараторе, затем преобразуются в конденсат и снова попадают в бак. Кроме того, пары бензина, которые остаются, проходят через два клапана данной системы – двухходовый и гравитационный.

Первый регулирует давление в топливном баке. Гравитационный клапан в свою очередь предназначен для того, чтобы в случае переворачивания машины, топливо из бака не вытекало наружу.

Как только пары топлива доходят до самого адсорбера, они сразу же поглощаются активированным углем, о котором уже говорилось. Датчик адсорбера Приора срабатывает во время запуска двигателя, исходя от сигнала контроллера.

Прислушиваясь к теоретикам можно сделать вывод, что из-за неисправности данного узла в автомобиле возможна потеря мощности двигателя и возрастание расхода бензина. На практике же такие отклонения малозаметны.

Замена датчика адсорбера и его проверка

Для проверки и замены датчика адсорбера на Приоре потребуются мультиметр и отрезки проводов.

Для начала снимаем и проверяем адсорбер, для этого подготавливаем к работе автомобиль и, освободив фиксатор, отсоединяем колодку связки проводов от клапана продувки. Щуп мультиметра со знаком « — » подсоединяем к кузову автомобиля («массе»).

В завершении включаем зажигание и замеряем показания напряжения на выводе А колодки связки проводов. Для каждого вывода есть свое обозначение, которое значится на колодке.

Обратите внимание, что напряжение на выводе должно быть ниже 12 В. В том случае, если напряжение на колодку не поступает или оно не достигает 12 В, следовательно, разряжена аккумуляторная батарея или неисправен весь электронный блок управления автомобиля.

Для замены на Приоре клапана адсорбера выключаем зажигание и сдвигаем клапан вверх, освобождая тем самым фиксатор. После чего снимаем его с кронштейна. Чтобы упростить сборку помечаем порядок подсоединения к клапану шлангов маркером.

С помощью крестообразной отвертки ослабляем затяжку хомутов и отсоединяем шланги поочередно. Сначала шланг, соединяющийся с адсорбером, затем шланг, который соединяется с дроссельной заслонкой (корпусом). В завершении заменяем неисправный в Приоре датчик адсорбера.

Не забывайте, что при подаче напряжения на выводы в лада Приора адсорбер должен открыться с характерным клапану щелчком. Собираем клапан в обратной последовательности.

6.5.3 Система вентиляции топливного бака

Для того чтобы топливо из бака расходовалось в необходимом количестве, в него должен поступать воздух. В противном случае в баке создалось бы разрежение, и подача топлива бы прекратилась. Кроме того, бак должен постоянно охлаждаться, чтобы топливо при нагреве могло расширяться. При заправке топливом из бака должно выходить достаточное количество воздуха, чтобы заливаемое топливо не выплескивалось из заливной горловины. Трубка удаления воздуха соединена с расширительным бачком, который связывает и конденсирует выходящие пары

топлива. При нагревании топлива оно расширяется, определенный его объем попадает в расширительный бачок.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

Осторожное обращение с топливом

Обращение с топливом требует особой осторожности. Вы не должны легкомысленно относиться к обслуживанию или ремонту системы питания. Прежде всего обдуманно подходите к вопросу слива топлива из бака. Обезопасьте себя и окружающих:

— отсоедините провод «массы» от отрицательной клеммы аккумуляторной батареи и надежно изолируйте клеммы батареи;

— не сливайте топливо из бака в помещении. Для слива вам понадобится соответствующее устройство (например, шланг со сжимаемой грушей). Ни в коем случае не сливайте топливо через отверстие датчика уровня топлива или отсасывая ртом через шланг — возможно отравление высокотоксичными добавками;

— поставьте на расстоянии руки пенный огнетушитель в полной готовности;

— не сливайте топливо из бака в смотровую канаву — пары топлива вместе с воздухом могут образовать взрывоопасную смесь;

— убедитесь, что в помещении нет включенных электроприборов, открытых источников огня, тепла и радиоволн;

— наливайте топливо только в закрывающиеся емкости. Для этого имеются специальные пожаробезопасные емкости с клапанной крышкой;

— пустой топливный бак является сборником паров топлива. Будьте осторожны с ним — есть опасность взрыва.

Сколько может проработать адсорбер на автомобиле и почему не стоит избавляться от него, делюсь опытом | Авторемонт и техника

На любых легковых автомобилях Евро-2 и уровня выше в авто стоит небольшой «бочонок» адсорбер.

Адсорбер изготовляют с железным или пластмассовым корпусом объёмом более 2 литров, внутри которого находится активированный уголь.

адсорбер на ВАЗ-2114

адсорбер на ВАЗ-2114

От каждого адсорбера в автомобиле отходят трубки на клапан продувки и на датчик гравитации находящегося у бензобака.

В зависимости от моделей и марки авто соединения могут быть разные, принцип один и тот же. В дизельных и турбированных двигателях устанавливается дополнительный датчик продувки.

Главное назначение адсорбера – сбор паров топлива и отправка их во время работы двигателя в впускной коллектор. Эффективная польза от адсорбера человеку не ощутима, но при неисправности системы автомобиль становится менее динамичным.

адсорбер на Приоре

адсорбер на Приоре

При неисправностях из-за системы адсорбера в салоне автомобиля начинается запах топлива «бензина», работа двигателя становится неустойчивой.

Простому автолюбителю не свойственно разбираться в тонкостях системы питания, и они ее упрощают. Основной причиной отказа адсорбера возможно может стать его клапан.

клапан адсорбера на Калине

клапан адсорбера на Калине

В случае отказа системы адсорбера многие просто ставят заглушки или устанавливают примитивный топливный фильтр. Отсоединяют провода от клапана адсорбера и по возможности прошивают ЭБУ.

адсорбер на Приоре

адсорбер на Приоре

Первоначально, после отказа системы продувки адсорбером вроде ничего не происходит. Со временем после коротких стоянок в автомобиле появляется запах топлива и от этого вы можете себя почувствовать плохо.

В топливном баке появляется избыточное давление и при его открытии выходит воздух. Случаются деформации топливного бака из-за избыточного давления.

Фото с сайта https://carfrance.ru

Фото с сайта https://carfrance.ru

В случае отказа адсорбера или клапана я предлагаю всегда по возможности быстрее восстановить систему сбора топливных паров. Стоимость ремонта станет чуть больше диагностики ЭБУ, плюс покупка бочонка адсорбера.

Подписывайтесь на мой канал здесь , ставьте лайк и делитесь в соцсетях, Спасибо!

Группа в контакте «Авторемонт и техника»

Система улавливания паров топлива Лада Приора (ВАЗ 2170, 2171, 2172)

Система улавливания паров топлива Лада Приора (ВАЗ 2170, 2171, 2172)
Узлы системы улавливания паров топлива (адсорбер, сепаратор паров топлива, клапан продувки адсорбера, гравитационный клапан) снимают для проверки или замены при появлении стойкого запаха бензина, вызванного негерметичностью узлов и трубопроводов, а также отказом клапана продувки адсорбера. Кроме того, негерметичность адсорбера и отказ клапана продувки могут вызвать неустойчивую работу двигателя на холостом ходу вплоть до его остановки.
Вам потребуются: ключ «на 10», отвертка с плоским лезвием.

Пред снятием узлов системы улавливания паров топлива отсоедините провод от клеммы «минус» аккумулятора.

Сепаратор паров топлива установлен в нише левого заднего колеса.

1. Установите автомобиль на подъемник или осмотровую канаву.

2. Снимите левое заднее колесо (смотрите «Замена колеса»).
3. Для снятия сепаратора сожмите фиксатор быстросъемного разъема…
4. …и снимите трубку слива топлива со штуцера бензобака.
5. Подденьте отверткой держатель трубки слива топлива…
6. …и высвободите держатель вместе с трубкой.
7. Отверните гайку крепления держателя пароотводящей трубки от сепаратора к адсорберу.
8. Разомкните пароотводящие трубки, сжав фиксатор быстросъемного разъема.
9. Отверните четыре гайки крепления держателей пароотводящей трубки и трубки слива топлива.
10. Отверните две гайки крепления кронштейна сепаратора к кузову…

11. …и снимите сепаратор в сборе с кронштейном, трубками и гравитационным клапаном.

Так выглядит сепаратор в сборе. Приобретайте для замены точно такой же вместе с трубками и гравитационным клапаном, так как трубки несъемные.

12. Устанавливайте сепаратор паров топлива в последовательности, обратной снятию.

Адсорбер системы улавливания паров топлива установлен в моторном отсеке на облицовке радиатора справа. В связи с особенностями компоновки автомобиля доступ к его креплению непосредственно на автомобиле достаточно прост.
1. Для снятия адсорбера сожмите фиксатор быстросъемного разъема…
2. …и снимите трубку подачи паров топлива к клапану продувки. Аналогичным образом отсоедините трубку забора паров топлива от сепаратора.
3. Выверните два болта крепления адсорбера…
4. …и снимите адсорбер.

Так выглядит адсорбер. Приобретайте для замены точно такой же.

5. Устанавливайте адсорбер в порядке, обратном снятию.

Клапан продувки адсорбера установлен в моторном отсеке на декоративном кожухе двигателя.
1. Для снятия клапана отожмите фиксатор…
2. …и отсоедините от клапана колодку жгута проводов.
3. Отожмите фиксатор пружинного зажима…
4. …извлеките зажим…
5. …и снимите клапан с кронштейна его крепления.
6. Ослабьте затяжку хомута крепления шланга подачи паров топлива от адсорбера…
7. …и отсоедините шланг от штуцера клапана продувки.
8. Ослабьте затяжку хомута крепления шланга подачи паров топлива к дроссельному узлу…

9. …и отсоедините шланг от штуцера клапана.

Так выглядит клапан продувки адсорбера. Приобретайте для замены точно такой же.

10. Устанавливайте клапан продувки адсорбера в порядке, обратном снятию.

Руководство по ремонту ВАЗ 2170, 2171, 2172

Как проверить датчик адсорбера на Приоре?

Что будет, если на приоре не заработает адсорбер?

Датчик адсорбера Приора срабатывает при запуске двигателя по сигналу от контроллера. Прислушиваясь к теоретикам, можно сделать вывод, что из-за неисправности данного агрегата в автомобиле возможны потеря мощности двигателя и увеличение расхода бензина.

Как проверить работу адсорбера ВАЗ 2114?

Для проверки отсоедините шланг между дроссельной заслонкой и продувочным клапаном и заглушите его.Свечу, например. Если обороты двигателя ненормальные, значит забит адсорбер … При откручивании пробки бензобака слышно шипение или пары бензина выдавливают его из заливной горловины.

Почему щелкает клапан адсорбера?

Это пластиковая банка, наполненная активированным углем для удержания паров бензина из бака. при работающем двигателе клапан продувки открывается и пары бензина уходят во впускной коллектор. чем больше работает двигатель, тем чаще срабатывает клапан.может быть у вас снэпов .

Могу ли я водить машину без адсорбера?

Можно ли ездить без адсорбера

Да, может .

Какой адсорбер на приоре?

1) Что такое адсорбер

sorbeo — поглощать) — поглощение твердым или жидким телом различных веществ из окружающей среды. Адсорбция — это скопление чего-либо на поверхности сорбента.Система контроля выбросов паров бензина (EVAP) предназначена для предотвращения утечки паров бензина в атмосферу.

Для чего используется продувочный клапан адсорбера?

Клапан продувки Адсорбер является важным элементом системы улавливания паров бензина. Именно он отвечает за попадание паров в ресивер впускного коллектора. Впоследствии пары используются для запуска автомобиля, что значительно экономит топливо и предотвращает загрязнение окружающей среды.

Можно ли отремонтировать клапан адсорбера?

Ремонт клапана адсорбера в связи с конструктивными особенностями не проводится, попытка восстановления работоспособности приведет к его разрушению и не имеет смысла. … Клапан при необходимости промывается растворителем и продувается, если дефект остается на его месте, устанавливается новый.

Для чего используется адсорбер?

адсорберы используются в химической промышленности для очистки загрязнений, в автомобилях — для фильтрации в замкнутом контуре для рециркуляции паров бензина в двигателях внутреннего сгорания.Он предназначен для ограничения выброса паров бензина из топливного бака в атмосферу.

Какое напряжение должно идти на датчик адсорбера?

На клапан продувки адсорбер должно быть подано напряжение 12 вольт (не менее).

Как проверить работает ли Адсорбер на Приоре?

Что будет, если на приоре не заработает адсорбер?

Датчик адсорбера Приора срабатывает при запуске двигателя по сигналу от контроллера.Прислушиваясь к теоретикам, можно сделать вывод, что из-за неисправности данного агрегата в автомобиле возможны потеря мощности двигателя и увеличение расхода бензина.

Как проверить работу адсорбера ВАЗ 2114?

Для проверки отсоедините шланг между дроссельной заслонкой и продувочным клапаном и заглушите его. Свечу, например. Если обороты двигателя ненормальные, значит забит адсорбер … При откручивании пробки бензобака слышно шипение или пары бензина выдавливают его из заливной горловины.

Как проверить работу адсорбера на ВАЗ 2112?

Проверить адсорбер можно даже когда он снят с автомобиля. Нужно взять подходящий по объему медицинский шприц и вытащить поршень примерно на 3 см. После подключаем его к выходному штуцеру. Если на него давишь, а он «едет» с трудом, значит, клапан есть давление.

Могу ли я водить машину без адсорбера?

Можно ли ездить без адсорбера

Да, может .

Для чего используется адсорбер?

адсорберы используются в химической промышленности для очистки загрязнений, в автомобилях — для фильтрации в замкнутом контуре для рециркуляции паров бензина в двигателях внутреннего сгорания. Он предназначен для ограничения выброса паров бензина из топливного бака в атмосферу.

Можно ли очистить клапан адсорбера?

Методы поиска и устранения неисправностей Клапан адсорбера

По этой же причине качественная очистка загрязненного агрегата невозможна. Клапан при необходимости промывается растворителем и продувается, если дефект остается на его месте, устанавливается новый.

Когда включается абсорбер?

После запуска двигателя ЭБУ в соответствии с доступными режимами работы подает сигнал и открывается магнитный клапан, который соединяет адсорбер с дроссельной заслонкой или впускным коллектором. Кроме того, продувка происходит, когда пары проходят через систему и попадают в воздух через дроссель.

В чем разница между адсорбером и абсорбером?

Различия в процессах сорбции Как мы уже говорили, существует 2 основных процесса сорбции: адсорбция и абсорбция. При абсорбции абсорбируемое вещество или газ захватывается всем объемом абсорбента, при адсорбции — только поверхностью адсорбента. Хемосорбция также называется адсорбцией.

Датчики | Бесплатный полнотекстовый | Новая операционная стратегия для получения быстрого газового датчика для непрерывного обнаружения NO2 на уровне частей на миллиард при комнатной температуре с использованием ZnO — концептуальное исследование с экспериментальным подтверждением

1.Введение

Поскольку NO 2 является вредным токсичным газом, запрещенные ограничения не должны превышаться, а концентрации NO 2 должны контролироваться — например, с помощью газовых датчиков [1]. Обычно пределы выбросов задаются как среднечасовые значения SM, NO2, которым прямо пропорциональна доза, см. Уравнения (1) и (2). Для NO 2 , например, среднечасовая величина SM, NO2 составляет 200 мкг / м 3 (соответствует средней концентрации NO 2 c NO 2 = 104.6 частей на миллиард), а среднегодовое значение составляет 30 мкг / см 3 (c NO 2 = 15,7 частей на миллиард) в соответствии с Директивой ЕС об иммиссионном законодательстве 2008 г. и в соответствии с немецкими стандартами качества воздуха [2,3 ]. Чтобы получить дозу D NO 2 (в частях на миллиард · с), необходимо интегрировать концентрацию во времени в соответствии с уравнением (1). Например, если необходимо рассчитать среднечасовое значение, t ges составляет 1 час. Взаимосвязь между дозой D NO 2 и среднечасовым значением SM, NO2 дана в уравнении (2).Для преобразования необходимы молярная масса M NO 2 (M = 46,0055 г / моль) и молярный объем V M . Для стандартных условий (давление 1013 мбар и температура 298 K) V M составляет V M = 24,47 · 10 −3 м 3 / моль.

DNO2 = ∫0tgescNO2 (t) dt

(1)

SM, NO2 = MVM1tges · DNO2

(2)

Оксиды металлов — хорошо известные материалы для определения концентрации различных газов с использованием хемирезистивного эффекта.Их также называют полупроводниковыми газоизмерительными приборами [4]. NO 2 — один из газов, которые часто предлагают обнаруживать оксидами металлов, такими как ZnO [5,6,7,8], SnO 2 [9,10] или TiO 2 [11] . Обычно требуются рабочие температуры выше 300 ° C [12,13]. За этим следует высокое энергопотребление и недопустимое применение во взрывоопасных средах [13]. Поскольку использование недорогих и гибких полимерных подложек для датчиков невозможно, датчики нельзя использовать на носимых устройствах.За исключением вытяжных устройств, не требуются высокие рабочие температуры, например, для мониторинга качества воздуха в помещении или на улице. Следовательно, обнаружение NO 2 при комнатной температуре было бы очень полезным. Особенно для мобильных приложений, например, для составления карт качества воздуха в городах [14], наиболее сложной задачей является низкое энергопотребление в сочетании с высокой точностью (чтобы ошибка интеграции была настолько малой, что можно было получить средние почасовые значения). лет было показано, что УФ улучшает газоочувствительные свойства оксидов металлов при комнатной температуре [7,13,15,16,17,18,19], поскольку сокращает время отклика и восстановления, а также увеличивает чувствительность.Используя ZnO в качестве сенсорного материала, кажется возможным измерить концентрации NO 2 на уровне частей на миллиард [20,21]. Группа Prades, например, уже сообщила о преобразователе, с помощью которого датчики на основе оксидов металлов с УФ-защитой могут быть уменьшены в размерах, потребляя лишь небольшое количество энергии [21].

Другими словами, сегодняшние исследования направлены на то, чтобы сделать датчики как можно более быстрыми. Тем не менее, датчики по-прежнему работают недостаточно быстро. Следовательно, и поскольку смещение базовой линии часто происходит, средние почасовые значения вряд ли могут быть точно рассчитаны, потому что ошибка интегрирования становится слишком большой.

Новая концепция следует прямо противоположному пути. Основная цель — сделать датчики как можно более медленными и использовать их как хемирезистивные газовые дозиметры. Таким образом, цель состоит в том, чтобы полностью сместить равновесие адсорбции / десорбции в сторону адсорбции во время фазы дозиметрической сорбции. Затем газочувствительный материал адсорбирует каждую молекулу (дозу) NO 2 , падающую на поверхность, и, таким образом, сигнал датчика увеличивается линейно с дозой NO 2 . (Дополнительная) информация о концентрации получается из производной по времени.Как только адсорбционная способность материала датчика NO 2 исчерпана, происходит регенерация УФ-светом. Затем снова достигается базовый сигнал, но, поскольку он присущ датчику, дрейфа базовой линии нет, поскольку нулевой сигнал (базовый уровень) переопределяется после каждого шага регенерации. Принцип дозиметра (полная сорбция) гарантирует, что каждая молекула NO 2 , которая достигает материала датчика, вносит свой вклад в сигнал датчика. Это обеспечивает высокую чувствительность, позволяющую измерять низкие концентрации NO 2 .Кроме того, можно дополнительно снизить потребление энергии, поскольку не требуется постоянного воздействия УФ-излучения, а только импульсы в течение определенного времени.

Это концептуальное исследование имеет следующую структуру. Во-первых, рассматривается поведение ZnO при хемирезистивном обнаружении газа в NO 2 . Известное до сих пор поведение датчика указывает на то, что ZnO ​​может применяться в хемирезистивных дозиметрах NO 2 при комнатной температуре. Тот факт, что УФ-излучение усиливает десорбцию сорбированных газовых частиц с поверхности ZnO, затем используется для регенерации дозиметра.Следовательно, должны быть возможны дозиметры на основе ZnO и датчики концентрации газов с регенерацией УФ-светом. Приведено экспериментальное доказательство, демонстрирующее, что концепция датчика работает при комнатной температуре для концентраций NO 2 на уровне частей на миллиард и малых доз. С этой целью был синтезирован ZnO, легированный оксидом алюминия, и изготовленные на его основе сенсоры были использованы в качестве хемирезистивных дозиметров NO 2 , регенерированных УФ излучением при комнатной температуре. Концентрация NO 2 была получена из производной по времени.

2. Предварительные соображения

Оксиды металлов — хорошо известные материалы для обнаружения различных видов газов [4,22,23]. В последние несколько лет во многих исследованиях ZnO сообщалось о его свойствах обнаруживать различные газы, например NO 2 [24,25], этанол [26], влажность [18,27] или озон [15]. . Его резистивные газочувствительные свойства типичны для полупроводникового материала на основе оксида металла n-типа. На границах раздела зерен кислород адсорбируется при поглощении электронов. Тип адсорбированного кислорода зависит от температуры.При температурах ниже 150 ° C преобладает молекулярный тип O2–, выше этой температуры кислород адсорбируется как O– или O2– ионного типа [28]. Адсорбция кислорода вызывает слой обеднения на границах раздела зерен, что приводит к более высокому сопротивлению материала [29]. С увеличением концентрации O 2 в окружающей среде увеличивается количество адсорбированного кислорода и увеличивается сопротивление. Если в окружающей среде есть газы, которые вступают в реакцию с сорбированными частицами кислорода, такие как восстановительные газы, количество сорбированного кислорода уменьшается.В результате ранее ограниченные электроны освобождаются (высвобождение электронов), ширина обедненного слоя уменьшается, а сопротивление уменьшается. Окисляющие газы, такие как NO 2 , также могут адсорбироваться на границах раздела зерен. Это сопровождается потреблением электронов, как описано выше для адсорбции кислорода. В основном NO 2 адсорбируется в виде NO2- или NO3- [5,12,28]. Таким образом, ZnO в основном подходит для обнаружения NO 2 [1]. Обычно сенсоры на основе оксидов металлов требуют рабочих температур выше 300 ° C [13].Это связано с кинетическим ингибированием поверхностной реакции. Минимальная температура также требуется для десорбции адсорбатов, так что адсорбционно-десорбционное равновесие находится на стороне десорбции [13,30]. Высокая скорость десорбции важна для малого времени восстановления газового сенсора, а высокая скорость адсорбции является предпосылкой для низкого времени отклика. Оба параметра являются важными параметрами для правильной работы типичного резистивного датчика газа. На современном уровне техники концентрация NO 2 от 2 ppm и выше может быть измерена при комнатной температуре [13].Более низкие концентрации обнаруживаются с помощью ZnO только тогда, когда датчики работают при температуре выше 250 ° C [31]. Лишь в нескольких отчетах описывается обнаружение NO 2 в диапазоне частей на миллиард при комнатной температуре с использованием ZnO, например, [21]. Кроме того, сигнал датчика восстанавливается очень медленно, особенно для низких концентраций при комнатной температуре. С этой точки зрения более высокие температуры предпочтительны в случае типичных хорошо известных хемирезистивных газовых сенсоров для определения концентрации. Далее показаны возможности, которые могут улучшить обнаружение низких концентраций NO 2 при комнатной температуре.Для этого в литературе обсуждаются различные подходы. Одна из возможностей — легирование ZnO благородными металлами [32,33]. Благородные металлы катализируют поверхностные реакции, что приводит к более низкому пределу обнаружения при комнатной температуре и более быстрому восстановлению сенсора [13]. Другой подход использует сложные оксиды металлов [8,34,35,36]. Предполагается, что концентрация носителей заряда увеличивается, а энергия активации поверхностных реакций на поверхности ZnO уменьшается [13]. Наноструктурирование может также улучшить чувствительность сенсора к ZnO при комнатной температуре, иногда даже значительно [25,26,37,38,39].Нанокристаллы синтезируются с различной морфологией, например стержнями [7,40,41,42], нанолистами [43] или цветами [5,44]. Когда размер зерна меньше, чем примерно в два раза больше длины Дебая, обедненный слой проникает через все зерно, и в измеренном сопротивлении преобладают границы раздела зерен, и эффекты имеют место там [23,28]. Наноструктурирование ZnO также приводит к высокому отношению поверхности к объему, что ведет к большему количеству активных центров для поверхностных реакций. Кроме того, эти материалы показывают также высокую плотность дефектов и высокую пористость, что также увеличивает количество активных центров для адсорбции газовых частиц [13].Наиболее многообещающим известным методом улучшения газоочувствительных свойств при комнатной температуре является активация ZnO УФ светом [11,15,18,21,45,46,47,48]. УФ-свет с энергией фотонов, превышающей ширину запрещенной зоны материала, генерирует электронно-дырочные пары, что приводит к снижению сопротивления. В качестве второго эффекта фотогенерированные дырки мигрируют к границам раздела зерен ZnO, где они рекомбинируют с электронами, необходимыми для адсорбции кислорода. Это вызывает десорбцию кислорода и уменьшает ширину обедненного слоя [49].Как следствие, сопротивление основы материала при УФ-освещении заметно ниже, чем в темноте. Адсорбция анализируемого газа во время УФ-облучения приводит к более высокому сигналу сенсора, поскольку доступно больше свободных участков адсорбции. Другой эффект воздействия УФ-излучения — более высокая скорость десорбции, так как дырки, генерируемые УФ-излучением, могут мигрировать к границам раздела зерен и рекомбинировать с электронами, которые необходимы для адсорбции [47]. Поэтому десорбция адсорбированных частиц значительно увеличивается под воздействием УФ-излучения.Подводя итог, УФ-свет сильно сокращает время восстановления при комнатной температуре. При постоянном воздействии УФ-излучения уже можно обнаружить NO 2 в диапазоне частей на миллиард с ZnO [20,21]. Общим для всех методов, кроме непрерывной УФ-активации, является то, что восстановление сигнала происходит очень медленно при комнатной температуре для низких концентраций газа NO 2 по сравнению с классическими датчиками обнаружения концентрации.

Высокое время восстановления сигнала при комнатной температуре и высокая скорость десорбции при комнатной температуре, достигаемая за счет УФ-освещения, могут быть объединены в новую концепцию датчика при комнатной температуре, концепцию резистивного газового дозиметра.

Концепция резистивных газовых дозиметров была внедрена несколько лет назад [50,51]. Как это работает и в чем заключаются преимущества, будет кратко объяснено ниже. Принцип резистивного дозиметра разделен на две фазы: фаза сорбции и фаза регенерации для очистки поверхности [52,53]. Схема сигнала датчика газового дозиметра показана на рисунке 1. Во время фазы сорбции детектируемый газовый компонент сорбируется в газочувствительном слое, в данном случае ZnO. Это увеличивает электрический сигнал, т.е.g., сопротивление или импеданс. Во время воздействия постоянной концентрации аналита сигнал датчика линейно увеличивается, в результате чего увеличение, то есть производная по времени сигнала датчика (крутизна), пропорциональна фактической концентрации аналита. Если аналит не достигает сенсора, сигнал остается постоянным, и десорбция сорбированного газа не происходит. Равновесие сорбции-десорбции находится (и должно быть) на стороне сорбции. Когда молекулы анализируемого вещества снова сталкиваются с датчиком, сигнал датчика также снова увеличивается.Наклон сигнала датчика зависит от концентрации целевого газа в окружающей среде, как показано на рисунке 1. Чем выше концентрация, тем выше наклон. Все целевые частицы, достигающие поверхности, сорбируются и, следовательно, все они вносят свой вклад в сигнал датчика. Это делает датчик очень чувствительным и быстрым.

Если, однако, места адсорбции чувствительного слоя заняты, равновесие сорбции-десорбции смещается в сторону десорбции, и изменение сигнала больше не пропорционально фактической концентрации аналита.Сигнал датчика становится нелинейным. Если в окружающей среде нет целевого газа, сигнал больше не остается постоянным. Он уменьшается, поскольку молекулы аналита десорбируются с поверхности. Другими словами, материал сенсора (адсорбер) настолько полностью загружен, что его необходимо опорожнить (регенерировать, в данном случае УФ-светом), и новый цикл измерения может начаться после короткого этапа регенерации. После регенерации устанавливается новое базовое значение для следующего цикла измерения.

Для процесса регенерации, то есть для десорбции сорбированных частиц, необходимо приложить энергию.Marr et al. использовали высокую температуру около 650 ° C для быстрой термической регенерации дозиметра на основе стабилизированного лантаном γ-Al 2 O 3 , пропитанного оксидами калия и марганца [54]. Возможны также химические регенерации [55], например, в чистой восстановительной атмосфере. Для дозиметра, работающего при комнатной температуре, без какого-либо дополнительного нагрева необходима другая стратегия регенерации для десорбции ранее сорбированных молекул. Современные дозиметры, которые используются, не позволяют получать непрерывный сигнал, а только одно значение после времени отбора проб.Обычно в их основе лежит активированный уголь [56]. Они отбирают анализируемый газ в течение определенного периода времени. В конце фазы отбора проб определяется общее количество целевого газа, адсорбированного за определенный период [57,58]. Другими словами, своевременное решение невозможно. В отличие от этого, концепция резистивного дозиметра газа позволяет постоянно получать сигнал, а путем дифференцирования сигнала датчика можно определять концентрацию газа в течение всего периода измерения. Это возможно, если (и потому что) крутизна сигнала датчика дозиметра и концентрация газа пропорциональны друг другу.Marr et al. показали, что концепция дозиметра работает для обнаружения ppb NO 2 при температуре около 350 ° C со стабилизированным лантаном γ-Al 2 O 3 , пропитанным оксидами калия и марганца в качестве чувствительного материала, и 650 ° C во время регенерации [54] . Другой тип газоизмерительного дозиметра был предложен Maier et al. [59]. Они наблюдали накопление при комнатной температуре для NO 2 с низким уровнем ppm, используя SnO 2 в качестве чувствительного слоя. В отличие от представленного здесь дозиметра, они использовали периодический сброс датчика дозиметрического типа.Сброс был инициирован УФ-светом, температурой и влажностью, которые вызывают десорбцию NO 2 . Однако наблюдаемая характеристическая кривая датчика не является линейной. Группа Васильева и др. обнаружили поведение дозиметрического типа при комнатной температуре при наблюдении за изменением емкости гетероструктур Au / n-SnO 2 / SiO 2 / p-Si / Al. Целевыми газами были этанол, аммиак и влажность соответственно [60]. Несмотря на то, что он демонстрирует сильное накопление, нет линейной корреляции между сигналом датчика и дозой.Дозиметрическое поведение сенсора по отношению к NO 2 также наблюдалось с графеном [61]. Концентрации до 0,2 частей на миллиард могут быть обнаружены при комнатной температуре. Корреляция между концентрацией и крутизной сигнала датчика практически линейна. Здесь используется регенерация датчика на 120 ° C. От Diodati et al. было замечено, что ZnO ​​при 150 ° C проявляет дозиметрическое поведение по отношению к H 2 S [62]. Связь между концентрацией и наклоном приблизительно линейна. Таким образом, можно было измерить концентрации в диапазоне низких частей на миллион, здесь при относительной влажности 30%, что, что интересно, не повлияло на способность к хранению.Другой материал, который показывает накапливающийся сигнал датчика, — это гидрогенизированный алмаз [63]. Таким образом, можно обнаружить NO 2 в диапазоне частей на миллион при комнатной температуре. Здесь также можно наблюдать аккумулирующее поведение датчика. Предполагается, что NO 2 в форме HNO 3 хранится в воде BET. Связь между концентрацией и сигналом датчика нелинейна. Регенерация инициируется заменой загрязненной воды пресной водой, которая адсорбируется на поверхности.Обнаружение NO 2 при комнатной температуре также возможно с помощью гетероструктур AlGaN / GaN [64]. Это даже позволяет определять концентрации в диапазоне частей на миллиард. Сигнал датчика линейно увеличивается с концентрацией, но для регенерации требуется 150 ° C. По крайней мере, в данном исследовании это делается после каждого шага NO 2 .

Общим для всех этих дозиметров является то, что они либо не показывают линейной зависимости между концентрацией и наклоном, и / или необходимо регенерировать датчик при более высоких температурах.

Цель данной работы — показать, что существует концепция для обнаружения дозиметрического типа NO 2 при комнатной температуре в диапазоне частей на миллиард. Корреляция между концентрацией и крутизной сигнала должна быть линейной. Чтобы датчик мог полностью работать при комнатной температуре, реализована регенерация УФ-светом.

Идея новой концепции состоит в том, чтобы использовать ZnO в качестве чувствительного материала для датчика дозиметрического типа при комнатной температуре из-за его очень медленного восстановления (при отсутствии освещения), что указывает на сильную адсорбцию и низкую десорбцию, и использовать Десорбция с УФ-поддержкой при комнатной температуре для регенерации чувствительного материала.

4. Результаты и обсуждение

Первые результаты измерений показаны в следующей части для подтверждения рабочего режима новой концепции датчика. На рисунке 4 показан сигнал датчика (R — R 0 ) / R 0 , концентрация NO 2 , измеренная с помощью CLD, и рассчитанная доза NO 2 , D NO 2 , с течением времени для датчика ZnO, легированного 3% алюминия, при комнатной температуре в сухом синтетическом воздухе. Результаты показывают, что ZnO, легированный 3% алюминия, ведет себя как резистивный дозиметр газа.Во-первых, это означает, что сигнал датчика (R — R 0 ) / R 0 линейно увеличивается, когда датчик подвергается воздействию определенной концентрации NO 2 , c NO 2 . Во-вторых, чем выше концентрация NO 2 , тем выше крутизна сигнала датчика. В-третьих, после экспонирования NO 2 сигнал остается постоянным. Следовательно, десорбция сорбированных газовых частиц почти отсутствует, а сорбция преобладает над десорбцией. Время восстановления бесконечно, что можно увидеть в паузах, когда NO 2 не добавлен к базовому газу.Это ключевой параметр для принципа работы резистивного газового дозиметра, описанного ранее. Путем интегрирования концентрации NO 2 (сигнал CLD) была рассчитана доза NO 2 , D NO 2 . Сигнал датчика четко следует за дозой. Следовательно, дозу NO 2 можно определить непосредственно по сигналу датчика. Примерно через 90 мин включили УФ-свет для регенерации сенсора. Это вызывает быстрое уменьшение сигнала датчика до начального значения (R 0 ) из-за десорбции сорбированных газовых частиц, вызванной УФ-излучением.Помимо сорбированных газообразных соединений NO 2 , сорбированные формы кислорода также десорбируются во время фазы УФ-облучения. Следовательно, сопротивление при УФ-освещении будет ниже, чем базовое сопротивление. Это результат десорбции кислорода, которая также приводит к снижению сопротивления, как описано ранее. Когда УФ-свет снова выключается, после полной десорбции сорбированных частиц NO 2 , O 2 повторно адсорбируется. Это возможно, поскольку в окружающей среде почти постоянно содержится O 2 .Это может вызвать небольшой сдвиг базовой линии, поскольку количество адсорбированных форм кислорода изменяется и влияет на сопротивление. Однако, поскольку базовое значение переопределяется перед каждым циклом измерения, сдвиг базовой линии незначителен, пока определенный наклон сигнала датчика соответствует определенной концентрации, то есть линейная характеристика датчика все еще действительна. Это преимущество представленной здесь концепции. Насколько большим может быть дрейф, чтобы соотношение между концентрацией и крутизной сигнала датчика оставалось действительным, и в какой степени происходит сдвиг базовой линии из-за повторной адсорбции кислорода, необходимо дополнительно уточнить в будущей работе.На следующем этапе необходимо детально изучить долгосрочную стабильность. Следовательно, возможна регенерация датчика при комнатной температуре с помощью ультрафиолета, и можно начать новый цикл измерения. На рисунке 5 производная по времени сигнала датчика d / dt ((R — R 0 ) / R 0 ) и сигнал концентрации NO 2 CLD. Сигнал концентрации дозиметра тоже очень быстрый. Результирующее время отклика и время восстановления производной d / dt низкие, что означает, что датчик реагирует быстро.Трудно даже различить время отклика и время восстановления, обусловленное применяемой настройкой и датчиком. Даже 15 ppb NO 2 показывают здесь сильный и быстрый сигнал. Это указывает на то, что могут быть обнаружены даже низкие концентрации NO 2 . Этот технико-экономический эксперимент подтверждает, что можно получить два сигнала от одного датчика: один непосредственно для дозы NO 2 и быстрый сигнал концентрации NO 2 с использованием производной по времени, даже для низких концентраций NO 2 (15 частей на миллиард). при комнатной температуре.Эти результаты аналогичны вышеупомянутому устройству Marr et al. [54], где 20 частей на миллиард — самая низкая обнаруживаемая концентрация; однако их устройство должно было работать при 350 ° C. Groß et al. [52] показали, что концепция дозиметра работает в качестве датчика общего NO x . Температура измерения также составляла 350 ° C, но чувствительный слой был изготовлен из материала катализатора-ловушки NO x , обедненного автомобильными выхлопами. В отличие от работы Марра и др., Самая низкая обнаруженная концентрация составила всего 2000 частей на миллиард.Калибровочные кривые можно получить из рисунков 4 и 5. Рисунок 6a показывает сигнал датчика (R — R 0 ) / R 0 , поскольку он зависит от дозы NO 2 , D NO 2 . Точки данных и стандартные отклонения были определены следующим образом: в диапазоне времени, когда датчик не подвергается воздействию NO 2 и сигнал датчика остается постоянным, были рассчитаны среднее значение и стандартное отклонение дозы и сигнала датчика. .Наклоны d ((R — R 0 ) / R 0 ) / dD NO 2 точек на рисунке 6a определяют чувствительность дозиметра, тогда как наклон d ( d / dt ((R — R 0 ) / R 0 ))) / dc NO 2 на рисунке 6b — это чувствительность с точки зрения классического датчика газа. Точки на рисунке 6b соответствуют средним значениям и стандартному отклонению, определенному по концентрации, измеренной с помощью CLD, и крутизне сигнала датчика (R — R 0 ) / R 0 , равному производной d / dt ((R — R 0 ) / R 0 ) наблюдалось во время воздействия NO 2 .Как видно в обоих случаях, для низких доз чувствительность остается постоянной, на что указывают нарисованные линии регрессии и ее штриховая линия. Для более высоких доз, здесь выше прибл. 40 ppm датчик начинает становиться нелинейным, т.е. чувствительность становится меньше. Предварительно это объясняется смещением равновесия адсорбции / десорбции в сторону десорбции из-за слишком большого количества занятых центров сорбции. Тем не менее, этими экспериментами была подтверждена концепция измерения концентраций NO 2 на уровне частей на миллиард при комнатной температуре с использованием ZnO в качестве чувствительного материала и применением концепции резистивного газового дозиметра с УФ-регенерацией.Однако, несмотря на эти многообещающие результаты, предстоит еще многое сделать. Во-первых, следует отметить, что доза, при которой датчик становится нелинейным, еще не полностью достаточна. Ежечасное среднее значение NO 2 SM, NO2 200 мкг / м 3 соответствует средней концентрации NO 2 c NO 2 = 104,6 частей на миллиард. Доза накапливается примерно до D NO 2 ≈ 377 ppm в течение 1 часа, что выше наблюдаемого предела на Рисунке 6.Кроме того, необходимо изучить шумовое воздействие температуры и мешающих газов. Например, вода в окружающей среде может сильно повлиять на поведение датчика, особенно для ZnO [7,49]. Влажность может влиять на поведение дозиметра. Сообщалось, что SnO 2 проявляет чувствительность дозиметрического типа к NO 2 при комнатной температуре и влажности до 30% [66]. При более высоком содержании влажности предпочтительна десорбция NO 2 , и сигнал датчика больше не накапливается.Например, может быть нанесен слой гидрофобного цеолита. Он не пропускает молекулы воды, но пропускает NO 2 , или гидрофобная политетрафторэтиленовая (ПТФЭ) мембрана может защитить газочувствительную пленку от влажности. Чтобы уменьшить влияние температуры, можно измерить температуру датчика. Затем температурные эффекты могут быть скорректированы с использованием предварительно определенной характеристики датчика. Для этого необходимо исследовать, как при комнатной температуре на поведение датчиков влияет температура.Помимо технически значимых вопросов, таких как миниатюризация (например, как предложено в [21]) или наиболее подходящая длина волны регенерации и плотность мощности для обеспечения воспроизводимой регенерации, математическая оценка максимальной дозы, которая может быть измерена датчиками такого типа до того, как они потребуются чтобы быть регенерированным, нужно доработать. Кроме того, необходимо выяснить, как должна выглядеть оптимальная морфология ZnO. Многие типы нано-ZnO ждут своего исследования [5,7,18,19,24,25,40,41,42,43,67].Кроме того, можно также взглянуть на другие хеморезистивные материалы n-типа.

Патент США на персональный трекер углекислого газа Патент (Патент № 9,700,830, выданный 11 июля 2017 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ЗАЯВКИ

Кандидаты испрашивают приоритет в соответствии с 35 U.S.C. §119 (e) предварительной заявки на патент США № 62/258 436, поданной 21 ноября 2015 г., раскрытие которой включено посредством ссылки.

Уровень техники

1.Область изобретения

Данное изобретение относится к устройству, которое адсорбирует диоксид углерода из окружающей среды и измеряет количество, которое было удалено из атмосферы. В частности, изобретение относится к портативному устройству, которое удаляет CO 2 из воздуха, пропуская его через решетку с жалюзи на химический слой, который адсорбирует CO 2 . Датчик и дозирующее устройство определяет количество адсорбируемого CO2 и отслеживает это количество с течением времени.

2. Уровень техники

Количество диоксида углерода в атмосфере с годами увеличивалось из-за увеличения выбросов населения и промышленных предприятий. Считается, что это увеличение CO 2 вызвало нынешний эпизод глобального потепления. Среднегодовая глобальная концентрация CO 2 в атмосфере увеличилась более чем на 40% с начала промышленной революции с 280 ppm, уровня, который она имела за последние 10 000 лет, вплоть до середины 18 века. до 399 ppm по состоянию на 2015 год.Было бы желательно, если бы люди могли предпринять шаги по снижению уровней CO 2 в окружающем воздухе, тем самым уменьшив возможность усиления глобального потепления.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание устройства для удаления диоксида углерода из воздуха, которое является простым и недорогим в производстве. Другой целью изобретения является создание такого устройства, которое измеряет количество удаленного CO 2 и которое может отправлять измерения в центральный центр мониторинга.Еще одной целью изобретения является создание устройства, в котором тепло, выделяемое во время адсорбции CO 2 , может быть использовано и использовано для питания самого устройства.

Эти и другие задачи решаются устройством для удаления диоксида углерода из воздуха, которое имеет реакционную камеру с закрытыми боковыми стенками и съемную торцевую стенку, торцевую стенку с отверстием для прохождения воздуха в реакционную камеру и съемной блок адсорбера, расположенный в реакционной камере.Блок адсорбера содержит смесь адсорбента, содержащую натриевую известь, смешанную с активированным углем, и воздухопроницаемое внешнее покрытие, окружающее смесь адсорбента. Жалюзийный слой расположен над блоком адсорбера в реакционной камере. Жалюзийная кровать имеет отверстия между наклонными жалюзи для направления воздуха над решетчатой ​​решеткой в ​​съемный блок адсорбера. Таким образом, воздух, поступающий в реакционную камеру, направляется к блоку адсорбера через жалюзийный слой, так что воздух проходит между жалюзи, через отверстия и в блок адсорбера.

Когда окружающий воздух достигает адсорбера, двуокись углерода в воздухе адсорбируется на микропористом активированном угле, а также вступает в реакцию с натронной известью. Эта реакция является экзотермической, и во время этого процесса выделяется тепло. Реакция выглядит следующим образом:


Объединение активированного угля с натронной известью увеличивает адсорбцию CO 2 , потому что активированный уголь концентрирует CO 2 в реакционной камере до тех пор, пока он полностью не прореагирует с натронной известью.Предпочтительно блок адсорбера содержит натриевую известь и активированный уголь в соотношении 100: 1. Также можно использовать другие соотношения.

Также имеется по меньшей мере один датчик, расположенный внутри или снаружи реакционной камеры, причем датчик сконфигурирован для измерения уровней CO 2 в камере. Этот датчик может быть датчиком, который определяет уровни частиц CO 2 в воздухе, например, недисперсионным инфракрасным датчиком, который определяет спектр поглощения молекул CO 2 , определяя поглощение инфракрасного излучения этими молекулами. .Количество света, поглощенного на длине волны CO 2 (приблизительно 4,3 мкм), пропорционально концентрации газа в реакционной камере. В качестве альтернативы датчиком может быть датчик температуры, который определяет повышение температуры из-за экзотермической реакции CO 2 с натронной известью. Затем это измеренное тепло можно преобразовать в измеренное количество углекислого газа, прореагировавшего в камере. Если датчик расположен за пределами реакционной камеры, может быть предоставлен сервокомпонент и трубка для направления воздуха из реакционной камеры в датчик для целей измерения.

К датчику подключен процессор для сбора данных с датчика и расчета количества CO 2 в камере, а также изменения CO 2 во времени. Процессор также может быть запрограммирован на базовый уровень CO 2 , измеренный датчиком до адсорбции или с использованием известного базового уровня. Затем измеренный уровень CO 2 можно сравнить с базовым уровнем с течением времени для определения количества CO 2 , удаленного из воздуха.Также имеется передатчик, подключенный к процессору для передачи данных от процессора во внешний центр мониторинга, либо напрямую, либо путем отправки данных на компьютер или смартфон, который обменивается данными с центром мониторинга через Интернет. Этот центр мониторинга может собирать данные с нескольких устройств CO 2 , чтобы предоставить данные о количестве CO 2 , захваченном на нескольких устройствах. Также к процессору может быть подключен дисплей для отображения данных непосредственно на самом устройстве.Передатчик может быть любым подходящим беспроводным передатчиком и может использовать любые подходящие средства для передачи информации, такие как Wi-Fi, Bluetooth или любую другую технологию. Датчик может быть расположен вне реакционной камеры в отдельной закрытой камере, в которой находятся преобразователь и процессор, и воздух может течь через трубку к датчику в этой отдельной камере.

Все сенсор, процессор и преобразователь питаются от источника питания, такого как аккумулятор, который подключен к этим устройствам.В качестве альтернативы датчик или другие компоненты могут получать питание от слоя термоэлектрической (ТЭ) ткани, расположенного под жалюзи. Эта ткань TE принимает тепло, генерируемое экзотермической реакцией CO 2 с натронной известью, и преобразует его в электрическую энергию для питания датчика. В одном варианте осуществления TE-генератор изготовлен из полимерного композита на основе углеродных нанотрубок. Также можно использовать другие подходящие материалы, генерирующие ТЕ.

Генератор TE работает путем преобразования разницы температур между окружающим воздухом над генератором TE и адсорбционным блоком под генератором TE в напряжение для питания датчика и / или других компонентов устройства.Генератор TE подключен к датчику и / или другим компонентам устройства для обеспечения питания этих компонентов.

Хотя устройство согласно изобретению эффективно без каких-либо дополнительных средств для втягивания воздуха в реакционную камеру, можно использовать вентилятор или другое устройство для направления дополнительного воздуха в реакционную камеру. В качестве альтернативы устройство может быть подключено к движущемуся объекту, например, велосипеду, так что движение велосипеда заставляет воздух втягиваться в реакционную камеру.Устройство также можно разместить перед вентиляционными отверстиями для кондиционирования воздуха в домах или автомобилях, чтобы поток воздуха направлялся в реакционную камеру.

Устройство также может быть оснащено модулем глобальной системы позиционирования (GPS), подключенным к процессору для отслеживания и регистрации местоположения устройства относительно адсорбции диоксида углерода.

Предпочтительно, реакционная камера, процессор, передатчик, GPS и источник питания все содержатся в общем корпусе, который может быть переносным.Таким образом, человек может носить устройство с собой или прикрепить его к своему велосипеду, машине, мебели или любой другой конструкции.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие цели и особенности настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания, рассматриваемого в связи с сопроводительными чертежами. Однако следует понимать, что чертежи предназначены только для иллюстрации, а не для определения границ изобретения.

На чертежах, где одинаковые ссылочные позиции обозначают аналогичные элементы на нескольких видах:

ФИГ.1 показывает вид сбоку устройства согласно изобретению;

РИС. 2 — вид сзади;

РИС. 3 — вид спереди со снятой крышкой; и

ФИГ. 4 — вид сверху;

РИС. 5 показывает вид сбоку перегородки согласно изобретению;

РИС. 6 — схематическая диаграмма различных электрических компонентов устройства;

РИС. 7 представляет собой график, показывающий адсорбцию СО 2 во времени с использованием активированного угля и натровой извести согласно изобретению;

РИС.8 — вид сверху альтернативного варианта выполнения устройства в соответствии с изобретением;

РИС. 9 — вид в перспективе варианта осуществления, показанного на фиг. 8; и

фиг. 10 — вид альтернативного устройства адсорбера для использования в варианте осуществления, показанном на фиг. 8 и 9.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Обращаясь теперь к подробным чертежам, фиг. 1-4 показан трекер углекислого газа 10 согласно изобретению. Трекер углекислого газа 10 состоит из корпуса 11 , внутри которого находится реакционная камера 12 .Корпус 11 имеет торцевую крышку 13 , которая открыта для воздуха сверху и закрыта снизу, чтобы надежно удерживать блок адсорбера 14 внутри корпуса 11 . Адсорбер 14 состоит из внешнего покрытия 15 , окружающего смесь натронной извести и активированного угля 16 в соотношении 100: 1. Наружное покрытие 15 является воздухопроницаемым, чтобы позволить CO 2 в окружающем воздухе адсорбироваться на активированном угле и реагировать с натронной известью в адсорбере 14 .Активированный уголь в блоке адсорбера 14 также служит для адсорбции других вредных химикатов в воздухе.

Сверху адсорбера 14 расположена перегородка 17 , которая содержит ряд прорезей 18 , перемежающихся между поднятыми перегородками 19 , как показано на фиг. 5. Перегородка 17 направляет входящий воздух через отверстие 21 в крышке 13 через перегородки 19 и через прорези 18 , так что воздушный поток направляется в блок адсорбера 14 , где CO 2 может адсорбироваться и реагировать.

Сверху адсорбера 14 находится слой термоэлектрической (ТЭ) ткани 20 . Ткань TE 20 принимает температурный градиент, вызванный экзотермической реакцией натронной извести с CO 2 под тканью по сравнению с окружающим воздухом над тканью, и преобразует этот градиент в напряжение. Это напряжение используется для питания компонентов системы, таких как датчик 30 , который определяет количество CO 2 , адсорбированного устройством.Экзотермическая реакция натронной извести генерирует энергию, рассчитанную по формуле ΔH ° = -5,3 кДж / моль.

Датчик 30 может быть датчиком любого подходящего типа, например датчиком температуры, который измеряет тепло, выделяемое экзотермической реакцией CO2 с натронной известью, или инфракрасным датчиком газа NDIR, или химическим датчиком. Датчик 30 может быть расположен либо внутри реакционной камеры 12 , либо вне реакционной камеры 12 , но доступен для реакционной камеры 12 через отверстие 22 , через которое может проходить воздух.Данные, измеренные датчиком 30 , отправляются на процессор 40 , который преобразует данные в измеримые измерения и сохраняет эти измерения в базе данных. Данные от процессора 40 отправляются через передатчик 50 во внешний центр хранения и мониторинга через мобильный телефон 70 или другой компьютер. Передатчик 50 может работать с любой подходящей технологией, такой как Wi-Fi, Bluetooth®, сотовая связь или любая другая подходящая технология.Собранные данные можно использовать для отображения ежедневной адсорбции CO 2 , общего количества адсорбированного CO и скорости адсорбции CO 2 , а также для сравнения производительности трекера 10 с другими трекерами. Компоненты трекера 10 питаются от источника питания 60 , такого как аккумулятор.

Дисплей (не показан) может быть подключен к трекеру 10 для отображения данных, обработанных процессором 40 .

Вентилятор 80 также может быть прикреплен к корпусу 11 для втягивания воздуха через корпус для увеличения скорости адсорбции.Когда скорость адсорбции CO 2 адсорбером снижается, адсорбер необходимо заменить, чтобы свежие химические вещества могли вступить в реакцию с CO2. Блок адсорбера 14 легко снимается, сняв крышку 13 , и на его место можно поставить новый блок адсорбера 14 . Ткань TE также может сигнализировать о том, что натронная известь закончилась и пришло время заменить адсорбер. Когда генерируемый ток падает до нуля, процессор может сигнализировать звуковой или визуальный сигнал с помощью светового или аварийного сигнала, чтобы указать, что блок адсорбера необходимо заменить.

РИС. 7 представляет собой график, показывающий адсорбцию диоксида углерода в реакционной камере с течением времени при использовании смеси натронной извести и активированного угля в соотношении 100: 1. Измерения CO 2 проводились профессиональным измерителем углекислого газа модели № CO240 производства EXTECH Instruments. Эта модель также обеспечивает температуру и относительную влажность. Окружающий воздух имел содержание диоксида углерода 403 частей на миллион, температуру воздуха 80 ° F и относительную влажность 56%. CO 2 снижалось до нуля после 15 минут выдержки в смеси.CO 2 постепенно увеличивался, но в целом достигал стабильного количества около 140 ppm в течение 2 часов, так как свежий воздух непрерывно подавался в реакционную камеру, что приводило к значительному снижению содержания CO 2 в воздухе в течение время.

РИС. 8-10 показан альтернативный вариант трекера CO2 в соответствии с изобретением. Здесь трекер , 100, состоит из прямоугольного корпуса , 110, , в котором адсорбер , 120, расположен под перегородкой , 170, , которая работает так же, как показано на фиг.1-6. Адсорбер 120 состоит из нескольких слоев 121 , каждый из которых содержит смесь натронной извести и активированного угля. Слои склеиваются, вставляются и удаляются из корпуса 110 как единое целое.

Как показано на фиг. 8 и 9, корпус , 110, имеет несколько отсеков: один большой, содержащий реакционную камеру, и несколько меньших, содержащих датчики 140 , 150 , 155 и процессорное устройство 160 , которое представляет собой комбинированный процессор / передатчик / источник питания.Датчик 140 — это датчик CO 2 , который соединен с реакционной камерой 115 шлангом 141 и измеряет CO 2 внутри реакционной камеры 115 . Датчики 150 , 155 измеряют температуру окружающего воздуха, влажность и базовые уровни CO 2 . Все эти датчики подключены к процессору 160 .

Вариант осуществления, показанный на фиг. 8-10 особенно подходит для установки в автомобиле или другом большом помещении, где блок неподвижен, но где воздушный поток из системы вентиляции может легко проходить через перегородку 170 .Вариант осуществления, показанный на фиг. 1-5 особенно подходит для мобильных приложений, таких как установка на велосипеде или скутере, где устройство перемещается для создания воздушного потока.

Соответственно, хотя были показаны и описаны только несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, очевидно, что в них можно внести множество изменений и модификаций, не выходящих за рамки сущности и объема изобретения.

Композитный датчик для отходов

, созданный на основе целлюлозы и активированного угля в качестве поглотителя этилена

Активированный уголь был успешно получен из отходов черепицы в результате термохимической переработки.Поэтому были использованы химические и физические модификации для изменения удельной поверхности и пористости активированного угля. Целлюлоза была успешно извлечена из ладони. Обозначение композита отходов было подготовлено целлюлозой и активированным углем. В матрицу целлюлозного листа было интегрировано менее 30 мас.% Активированного угля. Важно отметить отсутствие изменений механических и морфологических свойств. Небольшое количество активированного угля хорошо диспергировалось. Чтобы исследовать возможность использования композита в качестве активной упаковки, были предварительно исследованы скорость проникновения кислорода и способность адсорбировать газообразный этилен.

1. Введение

В последние годы стало очевидным стремление к разработке материалов на биологической основе. Многочисленные подходы были тщательно исследованы на возможность использования материалов на биологической основе для многих целей. Появление материалов на биологической основе сыграло важную роль во многих отраслях промышленности, таких как автомобильные детали, электронные устройства, фармацевтические и медицинские исследования и пищевая технология [1–7]. До настоящего времени категория материалов на биологической основе была разнообразной в зависимости от имеющихся ресурсов.Он был связан с целлюлозой и ее производными, хитин-хитозаном, полимолочной кислотой, полибутиленсукцинатом и крахмалом. Поэтому использование материалов на биологической основе было выбрано из-за экологической цели, нетоксичности и концепции создания добавленной стоимости для сельскохозяйственной продукции. С другой стороны, материалы на биологической основе поэтому рассматривались как биомасса. Желательно исследовать существование этих биологических ресурсов, а также их осуществимость, чтобы заменить обычные невозобновляемые материалы.Более того, в связи с ростом мирового населения следует поощрять появление новых технологий, основанных на «зеленых продуктах и ​​процессах». Он участвовал в разработке продукта и процесса, который сводит к минимуму использование и образование опасных материалов. Чтобы стать инновационным в зеленых технологиях, были изучены многочисленные подходы, от академических исследований до промышленной коммерциализации. Один из отличных стратегических маршрутов был связан с переработкой отходов.

Насколько нам известно, управление твердыми бытовыми отходами считалось важным вопросом для городских властей и планировщиков из-за роста населения, урбанизации и ограниченного земельного участка.Следовательно, это считалось основной проблемой для здоровья окружающей среды [8–13]. Это, вероятно, во многом повлияло на проблемы очистки окружающей среды, такие как образование фильтрата и загрязнение воздуха. Как следствие, это может сочетаться с политическими, социальными и экономическими проблемами, а также с наличием земли, которые были основными проблемами, которые необходимо было решить при оценке и управлении земельными ресурсами. Кроме того, рост населения мира привел к увеличению потребления ископаемого топлива, что привело к увеличению выбросов парниковых газов.Это можно рассматривать как экологическую проблему. Чтобы решить эту техническую проблему, было рекомендовано преобразовать твердые отходы в обычные продукты как вариант. Чтобы продукт был устойчивым и возобновляемым, предпочтительно разрабатывать дизайн продукта на основе твердых отходов. Эта концепция привела к решению проблемы мусорного полигона, экологической проблемы, а также защиты окружающей среды.

В ответ на этот сценарий, состав отходов считался важной ключевой задачей для решения этой проблемы [14–16].Один твердый мусор образовался из-за активированного угля, полученного из лома плитки. С фундаментальной точки зрения, объем утильных шин во всем мире составляет примерно 1 миллиард в год, и в будущем он будет увеличиваться по мере того, как автомобильные и грузовые перевозки продолжают расширяться. До настоящего времени повторное использование лома плитки было сравнительно ниже, чем ежегодно производимые шины. Один из успешных стратегических подходов к повторному использованию отходов лома был связан с образованием активированного угля.После пиролиза лома плитки было установлено существование активированного угля с высокой удельной поверхностью и пористостью. Он считался жизнеспособным рынком для конечного продукта из отходов [17–20]. С другой стороны, другие отходы были связаны с целлюлозой, полученной из пальмовых листьев. В то время пальмовая ветвь считалась биомассой. Таким образом, доступность пальмовой ветви была разносторонней во многих областях академических исследований и промышленной коммерциализации [21–23]. Насколько нам известно, использование пальмовых листьев было связано с биопереработкой, которая относилась к многообещающей концепции использования биомассы или любых других возобновляемых ресурсов в качестве сырья для производства энергии и платформенных химикатов и материалов [24, 25].Это определенно считалось одним из отличных методов уменьшения углеродного следа и зависимости от ископаемого топлива для устойчивого развития. Одним из отличных стратегических подходов к биопереработке пальмовой ветви было биологическое производство целлюлозы. Таким образом, в результате обычной реакции целлюлоза была получена из пальмовой ветви. Было очевидно, что свойства целлюлозы обладают многочисленными особенностями, такими как высокая термическая стабильность, химическая стойкость и превосходные механические свойства.

Поэтому для того, чтобы иметь успешную программу разработки отходов, была исследована конструкция композита из отходов.Активированный уголь был успешно получен из отходов обрезной плитки, тогда как целлюлоза была извлечена из пальмовой ветви. Поэтому структура и свойства композита на основе отходов оценивались на основе поглотителя этилена.

2. Экспериментальная
2.1. Химические реактивы и материалы

Плитка из лома была предоставлена ​​в дар от компании Patomchai Hitech Co., Ltd., Накхонпатхом, Таиланд. Соляная кислота аналитической чистоты, HCl, была приобретена у Merck (аналитический реагент для анализа 37%, Merck KGaA, Дармштадт, Германия).Серная кислота аналитической чистоты, H 2 SO 4 , также была приобретена у Merck (анализ аналитического реагента 95%, Merck KGaA, Дармштадт, Германия). Гидроксид натрия (NaOH) аналитической чистоты был приобретен у Sigma Aldrich, Таиланд. Все химические реагенты использовали без дополнительной очистки в том виде, в котором они были получены. Пальмовая ветвь была подарена компанией Oil Palm Estate, Таиланд.

2.2. Методы

Полученный лом плитки разрезали на мелкие кусочки. Его промывали деионизированной водой и сушили в печи при 100 ° C в течение 24 часов.После этого он прошел процесс пиролиза при 800 ° C в течение 1 часа. Высушенный утиль плитки измельчали ​​и просеивали на частицы размером менее 500 мкм мкм. В активированный уголь залили соляную кислоту в соотношении 1: 1 аналитической чистоты и серную кислоту. Реакцию устанавливали при 80 ° C на 2 часа. Затем его фильтровали с помощью воронки Бюхнера, соединенной с колбой Бюхнера и вакуумным насосом. Его промывали дистиллированной водой до нейтрального значения pH. Полученные угли охарактеризованы изотермами адсорбции – десорбции азота при –196 ° C.Площадь поверхности и общий объем пор активированных углей, которые были определены с помощью методов Брунауэра-Эмметта-Теллера (БЭТ) и t-графика, достигли 604,31 м 2 / г и 0,715 см 3 / г соответственно. Перед приготовлением композита его хранили в эксикаторе для предотвращения поглощения влаги. Свежесрезанные пальмовые листья были получены из поместья Oil Palm Estate, Сураттани, Таиланд. Листок был оставлен в усадьбе, и для характеристики взята только часть черешка.Пальмовую ветвь сушили на солнце естественным образом до тех пор, пока содержание влаги не упало до уровня ниже 20%. Его измельчали ​​до частиц диаметром 2 мм. Измельченный образец просеивали через сито 0,5 мм для удаления мелких порошкообразных частиц (порошка). Сетчатый образец дополнительно сушили при 45 ° C в печи до тех пор, пока содержание влаги не упало ниже 10%, прежде чем его можно было использовать для водной экстракции. Целлюлоза, полученная из пальмовой ветви, была связана с процессом изготовления бумаги. Он был химически модифицирован с помощью гидроксида натрия.Воду удаляли из суспензии фильтрованием с помощью воронки Бюхнера, снабженной мембранным фильтром из политетрафторэтилена (размер ячейки 0,1 м, диаметр 90 мм), которая была соединена с колбой Бюхнера и вакуумным насосом. Объем суспензии целлюлозы доводили до получения диска бактериальной целлюлозы с сухой массой 0,25 г. Фильтрация продолжалась до образования влажного листа целлюлозы. Затем влажный лист сушили между двумя мембранами из политетрафторэтилена под приложенным давлением 58 фунтов на квадратный дюйм.Для изготовления композита отходов небольшое количество активированного угля, полученного из лома плитки, было интегрировано в лист целлюлозы. Поэтому оценивали соотношение структуры композита. Исследованы свойства композита отходов на основе поглотителя этилена.

3. Результаты и обсуждение

Целлюлозу успешно экстрагировали из пальмовых листьев с помощью общепринятой методики реакции. Хорошо диспергировался в воде. Дополнительная информация о свойствах целлюлозы была аналогична нашей предыдущей литературе.Суспензию экстрагированной целлюлозы предварительно тестировали на активную щелочь. Лигнин и его примеси были удалены, а фибриллы целлюлозы были распределены в виде суспензии на водной основе. С другой стороны, активированный уголь был успешно получен из лома плитки. Процесс был вовлечен в пиролиз в контролируемой атмосфере. Активированный уголь имел порошкообразную форму черного цвета. Его следует хранить в эксикаторах, чтобы предотвратить проблемы с водопоглощением.

Для создания композита на основе целлюлозы и активированного угля в лист целлюлозы было интегрировано менее 30 мас.% Активированного угля.Важно отметить, что плотность композита была значительно меньше, чем у чистого целлюлозного листа. На рисунке 1 показана плотность активированного угля и композита на основе целлюлозы. Чистый лист целлюлозы был предоставлен для сравнения. Наличие активированного угля может вызвать высокую пористость сети. Благодаря небольшому весу он может быть распределен в листах целлюлозы. Таким образом, активированный уголь может играть важную роль в обеспечении более высокой адсорбционной способности.


После этого для композитных отходов были исследованы содержание влаги и водопоглощение. На рисунках 2 и 3 показано содержание влаги и водопоглощение композитных отходов. Чистый лист целлюлозы также был предоставлен для сравнения. По влагосодержанию и водопоглощающей способности композит был значительно лучше. Со структурной точки зрения молекулярная структура целлюлозы состоит из 3 положений гидроксильной группы; поэтому его легко было активировать для образования водородной связи между молекулярной единицей целлюлозы и водой.По сравнению с композитом отходов, наличие активированного угля было представлено в целлюлозной сетке. Он показал высокую удельную поверхность и пористость. Значительные усилия были предприняты для исследования композитных отходов на предмет содержания влаги и водопоглощающей способности. Следует отметить, что благодаря высокой абсорбционной способности целлюлозы и активированного угля композитные отходы были успешно разработаны в качестве абсорбирующего материала. Однако этого следует избегать из-за разницы в физических свойствах.Целлюлоза была представлена ​​в виде листов, аналогичных бумаге, тогда как активированный уголь был успешно получен в виде порошка. Конструкцию композита отходов следует предпочтительно рассматривать с точки зрения механических свойств, если гибкость будет выбрана в конкретном применении. С другой стороны, тенденция содержания влаги и водопоглощения была относительно высокой с увеличением процентного содержания активированного угля. Это может быть связано с агломерацией активированного угля и трудностями в контролируемом распределении активированного угля.Несмотря на то, что влагосодержание и адсорбционная способность по-прежнему превосходны, следует учитывать корреляцию механических свойств.



Поэтому было оценено набухание по толщине, и оно представлено на Рисунке 4. Теоретически оно относится к механической прочности композита из отходов. Эксперимент проводился при температуре окружающей среды. Чистый лист целлюлозы также был предоставлен для сравнения. В этой части нет влияния температуры на водопоглощение и механические свойства.Важно отметить, что в композитных отходах наблюдалось значительное уменьшение разбухания по толщине. В случае листа целлюлозы между сетками целлюлозы остается свободное пространство. Молекула воды может быть присоединена к гидроксильному положению целлюлозы; поэтому он опух. Затем наблюдали толщину образца. Напротив, это явление отличалось от композитных отходов. Наличие активированного угля считалось препятствием для набухания. Композитные отходы обладают хорошей стабильностью размеров.Процент набухания по толщине был снижен с 60 до 15, 12 и 8% соответственно.


Таким образом, наблюдались механические свойства композитного листа из активированного угля и целлюлозы. Исследование основывалось на прочности на разрыв, модуле Юнга и относительном удлинении при разрыве соответственно. На рис. 5 показаны механические свойства композитных отходов. Чистый лист целлюлозы был предоставлен для сравнения. Примечательно отметить, что отходы композитных материалов имеют худшие технические характеристики по пределу прочности на разрыв и модулю Юнга.Активированный уголь может агломерировать на свободном пространстве фибриллы целлюлозы. Наличие активированного угля было обусловлено трудностью образования целлюлозной сетки при образовании связи. С другой стороны, это было связано с сорбционными свойствами активированного угля. Благодаря отличной удельной поверхности и пористости он может адсорбировать как газ, так и жидкость; Поэтому было исследовано значительное снижение прочности на разрыв и модуля Юнга. С другой стороны, удлинение при разрыве композита отходов было в аналогичной области.Прирост относительного удлинения при разрыве композита отходов составил менее 5%. Причина заключалась в том, что количество активированного угля можно рассматривать для двух разных целей: адсорбированного и контролируемой стабильности размеров. Ее можно назвать арматурной; поэтому значимости удлинения при разрыве не наблюдалось.


Таким образом, наблюдались морфологические свойства активированного угля и композитного листа целлюлозы, как показано на Фигуре 6. Чистый лист целлюлозы был предоставлен для сравнения.Морфология целлюлозного листа представлена ​​сеткой фибрилл. Между листами целлюлозы есть свободное пространство. Ориентация целлюлозного листа была случайной. Размер фибрилл целлюлозы был неоднородным. Соотношение сторон (L: D) составило 15–20 в зависимости от техники механического дробления. Изменение размера целлюлозы не привело к значительному изменению адсорбционной способности. Однако по сравнению с композитными отходами небольшое количество активированного угля присутствовало в свободном пространстве между сетками целлюлозы.При большей степени интеграции он стал агломерированным. Чтобы избежать этой проблемы агломерации, следует контролировать соотношение количества активированного угля и его обработки. Однако морфологические свойства композита отходов не имели различий. Он был представлен в трехмерной сети в листе целлюлозы. Между ними было небольшое количество активированного угля.

Были исследованы испытание на проникновение кислорода и абсорбция газообразного этилена активированным углем и целлюлозным листовым композитом.На рисунках 7 и 8 показаны результаты испытаний на кислородопроницаемость и адсорбцию газообразного этилена композитными отходами. Чистый лист целлюлозы был предоставлен для сравнения. Способность к проникновению кислорода в композит отходов была лучше по сравнению с чистым листом целлюлозы. Таким образом, с увеличением количества активированного угля наблюдалось значительное увеличение удельной поверхности и пористости. Таким образом, был передан газообразный кислород, и поэтому он может храниться на поверхности активированного угля. Таким образом, у композита отходов наблюдалась трехкратная проницаемость для кислорода по сравнению с чистым листом целлюлозы.



Таким образом, в отличие от способности адсорбировать этилен, способность абсорбировать газообразный этилен была вредной. Отходы композита с 10 мас.% Армирования активированным углем обеспечили превосходство по техническим характеристикам. Следствие велось 10 часов. Причина заключалась в том, что при избыточной интеграции активированного угля он может адсорбировать воду и воздух из окружающей среды. Следовательно, было предоставлено меньше места для абсорбции газообразного этилена.Другая причина была связана с агломерацией на активированном угле. Это может значительно снизить адсорбционную способность этилена.

На рис. 9 показан механизм абсорбции газообразного этилена активированным углем и целлюлозным композитом. Важно отметить, что без активированного угля химически активные группы, такие как –OH и –COOH, не существуют. Роль модифицированного активированного угля может быть обусловлена ​​химической связью между газообразным этиленом и реакционноспособной функциональной группой в пористой структуре модифицированного углерода, вставленного в целлюлозную матрицу.Небольшой размер пористости обеспечивал значительные усилия на удельной площади поверхности, обеспечивая наличие модифицированного активированного угля, который может обеспечивать превосходство в абсорбции по сравнению с чистой целлюлозой.


4. Заключение

Активированный уголь был успешно получен из лома плитки после термохимической переработки. Таким образом, после химической модификации наблюдались высокие характеристики удельной поверхности и пористости. Целлюлоза была успешно извлечена из ладони.По морфологическим свойствам производная целлюлоза действовала как сетчатая структура. Обозначение композита отходов было подготовлено между целлюлозой и активированным углем. Модуль Юнга и предел прочности композита были уменьшены, а относительное удлинение при разрыве увеличилось. Важно отметить, что морфологические свойства не меняются. Наличие активированного угля было в порах целлюлозной сети. Скорость проникновения кислорода была уменьшена для композита отходов, в то время как адсорбция газообразного этилена была увеличена.Композитные отходы представили сильную идею использования поглотителя этилена для упаковки пищевых продуктов.

Конкурирующие интересы

Конфликт интересов относительно публикации данной статьи отсутствует.

Благодарности

Авторы выражают признательность за финансовую поддержку со стороны NSTDA University Industry Research Collaboration (NUI-RC). Авторы также выражают признательность Центру перспективных исследований материалов и упаковки Института перспективных исследований ТУ факультета науки и технологий Университета Таммасат.

Платформа гибридного поглотителя из метаматериалов для обнаружения газа CO2 в среднем ИК-диапазоне — Хасан — 2018 — Передовая наука

3.1 Характеристики материалов для CO

2 Зондирование Газоселективное поведение обогащающего материала можно детально оптически исследовать в среднем ИК-спектре. Селективность по CO 2 достигается за счет его ковалентного взаимодействия с полимером, обогащенным амином. Химические реакции, связанные с адсорбцией и десорбцией CO 2 в активном слое, и соответствующие частоты описаны на Рис. 2a.Очевидно, что спектроскопия в среднем ИК-диапазоне открывает возможность реализации датчиков с многолучевой селективностью и чувствительностью из интеллектуального материала. Подробные химические реакции, участвующие в реакции CO 2 с первичными и вторичными аминами разветвленной полимерной цепи PEI, приведены ниже. (1) (2) (3)

a) Химические реакции, за которыми следует адсорбция и десорбция чувствительного слоя CO 2 и частотные присвоения для возможных побочных продуктов пути реакции.При нагревании в среде азота образовавшиеся частицы могут восстанавливаться до исходного полиэтиленимина с незначительными потерями. б) Схема газовой установки и в) газовая установка, используемая в эксперименте. Объем используемой газовой камеры составляет 100 см 3 . Скорость потока газа поддерживают на уровне 500 мл мин. -1 с N 2 , используемым в качестве газа-носителя. d) Сравнение между приготовленной (подвергнутой воздействию 600 ppm CO 2 в окружающей среде) и термически десорбированной (обработанной при 100 ° C в течение 2 минут) пленкой PEI.e) Влияние свежеприготовленной и термически десорбированной пленки PEI на резонансный профиль поперечной структуры поглотителя. Идентифицированы пять различных частотных точек (pt1: 6,06 мкм, pt2: 6,57 мкм, pt3: 6,75 мкм, pt4: 7,092 мкм и pt5: 7,57 мкм) для изучения характеристик газового зондирования гибридной геометрии. f) Реакция структуры поглотителя из метаматериала в отсутствие газоселективного слоя при воздействии различных концентраций CO 2 при влажности окружающей среды 70%.

В присутствии влажности происходит эквимолярная реакция, как показано ниже. (4)

Далее мы проводим определение характеристик электрического заряда интеллектуального материала в различных условиях CO 2 и подтверждаем селективность полученной тонкой пленки (Рисунок S1, Дополнительная информация).Измеренные электрические результаты сильно коррелируют с образованием инфракрасных частиц с уникальными отпечатками пальцев на поверхности газоселективного слоя PEI.

В этой работе мы уделяем особое внимание инфракрасным диапазонам, расположенным в диапазоне от 1300 см -1 (7,692 мкм) до 1700 см -1 (5,882 мкм) для калибровки датчика в установившемся режиме. Интересно, что химические отпечатки пальцев около 3055–3420 см –1 показывают необычное самовосстановление, когда проба газа выходит из камеры путем диффузии (рис. S2, подтверждающая информация).

3.2 Доказательство концепции CO

2 Зондирование в установившемся состоянии

Чистая 8-дюймовая кремниевая пластина была очищена, и 200 нм Mo, затем тонкая пленка AlN для прокладки и верхняя 100-нм пленка Mo для шаблонов были напылены в высоком вакууме. Процесс глубокой УФ-фотолитографии был использован для определения структуры метаматериала. Наконец, Мо подвергали сухому травлению, чтобы сформировать окончательную структуру поглотителя. Газоселективный слой получают центрифугированием с различной скоростью.Максимальная толщина 300 нм была получена из приготовленного раствора при скорости вращения 1000 об / мин. Для характеристики был использован инфракрасный микроскоп с преобразованием Фурье (FTIR) с высоким разрешением, интегрированный с нагревательным столиком и герметичной камерой с газовой ячейкой. Отраженный сигнал нормализован относительно гладкой золотой поверхности. Источник падающего света неполяризован, если не указано иное. Интегрированная установка показана на рис. 2б, в. Калибровка датчика подтверждается коммерческим измерителем CO 2 .Свойства материалов, выбранных для гибридного датчика, перечислены в Таблице 1. Механическое согласование достигается между AlN и Mo с целью минимизировать эффект гистерезиса из-за термического напряжения в повторяющихся циклах термического сброса (десорбции). Кроме того, высокая теплопроводность AlN учитывается для обеспечения быстрой теплопередачи между поглотителем и детектором в интегрированной системе.27

Таблица 1. Материальные свойства гибридной платформы
Материал Точка плавления [° C] Модуль Юнга ( E [ГПа]) Коэффициент Пуассона [µ] Коэффициент теплового расширения: CTE (× 10 –6 K –1 ) Теплопроводность [Вт · м −1 k −1 ]
Нитрид алюминия 2200 344.8 0,287 4,6 285
молибден 2620 329 0.32 4.8 140
PEI 95 2.9 0.44 56 0.23

На рис. 2d показано поведение пленки PEI на металлической подложке без какого-либо рисунка, когда она подвергается сорбции и термодесорбции CO 2 окружающей среды. Сильный контраст интенсивности (60%) наблюдается на расстоянии около 3 мкм из-за образования уникальных инфракрасных химических соединений под воздействием CO 2 . С другой стороны, пять различных спектральных точек идентифицируются в диапазоне 5–8 мкм, который мы используем в этой работе для калибровки сенсора.Рисунок 2e — это экспериментальная демонстрация сенсорного поведения гибридной платформы на площади 20 мкм на 20 мкм. Длина (-1) соответствующего рисунка составляет 2,3 мкм, что обеспечивает максимальное перекрытие с близко расположенными колебательными модами. Безупречное устройство почти поддерживает идеальные условия поглощения ( A = 1 — R ) по своей конструкции. Условия идеальной абсорбции все еще преобладают в его гибридной форме в обоих условиях, то есть при воздействии CO 2 и термической десорбции.Примечательно, что здесь возможен тепловой поворот на основе микронагревателя, интегрированный с платформой из метаматериалов на основе металла для полного сброса датчика на кристалле посредством термодесорбции. Наблюдаемая зависящая от концентрации модуляция чистого структурного поглощения может быть дополнительно коррелирована с преобразованием света в тепло в интегрированной системе. В отличие от гибридной структуры, поглотитель из метаматериала без покрытия показывает незначительную реакцию на воздействие CO 2 на Рисунке 2f. Сдвиг, вызванный показателем преломления (RI), можно рассчитать следующим образом: где m — чувствительность RI [в нм / единицах RI (RIU)], d — эффективная толщина среды и l d — электромагнитная длина распада поля структуры метаматериала порядка нескольких сотен нанометров.28 В случае без газоселективного слоя d >> l d , а показатели преломления CO 2 и N 2 равны 1.0004 и 1.0002 соответственно. Экспериментально установлено, что средняя чувствительность поглотителя из метаматериала составляет 500 нм / ед. Следовательно, ожидаемый максимальный сдвиг длины волны составляет 0,1 нм, в то время как наблюдаемый сдвиг на рисунке 2f составляет ≈1 нм. Дополнительный сдвиг может быть объяснен адсорбцией водяного пара (содержание воды: ≈20 ppm об. / Об. В пищевом CO 2 ) слегка окисленной поверхностью Mo при заданном давлении на входе миниатюрной газовой камеры в данной работе. .29 Хотя на рисунке 2f наблюдается сильная корреляция между интенсивностью отпечатка пальца CO 2 и концентрацией газа, такой определенной тенденции не наблюдается в области резонансной длины волны структуры, что явно указывает на случайный характер физической адсорбции чужеродные молекулы. С другой стороны, активное устройство, предложенное в данной работе, демонстрирует высокую чувствительность к концентрации CO 2 при идентичных условиях зондирования.

Примечательно, что явление уширения наблюдается, когда фоновый метаматериал связан с группой колебательных мод в обоих случаях.В предположении тонкой пленки такое уширение может быть вызвано расщеплением рекуррентных мод, что выражается следующими уравнениями30, 31 (5)

Здесь E m и E vib — это энергетическое состояние фоновой моды метаматериала и колебательной моды материала, соответственно, а ν — сила связи между модами. Такая связь также может привести к гибридным особенностям, которые спектрально смещены от изолированных колебательных мод.Однако в случае толстопленочного покрытия для сенсорных приложений мы также принимаем во внимание влияние, вызванное колебательными модами, на условия деструктивной интерференции между прямым отражением от границы раздела воздух-устройство и последующими отражениями, как показано на рисунке 1g.32 Хотя в случае с поглотителем наложенное отражение, определяемое как может быть минимизировано на одной длине волны для данной моды, все же можно ожидать дополнительного уменьшения отражения на соседних длинах волн из-за множественных взаимодействий внутри поглощающего верхнего слоя до выхода света.Такое явление может дополнительно способствовать расширению и подтверждается результатами на рисунке 2. Чтобы исследовать эффект, мы аналитически выводим отражение газоселективного полимера, предположительно нанесенного на металлическую подложку. Общее отражение, обусловленное интерференцией тонкой пленки, может быть определено как где нижние индексы 1, 2 и 3 обозначают область воздуха, диэлектрического полимера и металла соответственно, а β означает постоянную распространения в диэлектрической области. Газоселективный материал моделируется пятью осцилляторами Лоренца.Резонансы типа Фано определяются следующим образом: где ε o = 2,2500 и δ o зафиксировано на уровне 8 × 10 11 рад с −1 , соответственно. Были рассмотрены две различные силы осциллятора (ε lorentz ): 0,005 и 0,025. Спектральные положения пяти осцилляторов фиксированы: (i) 6,25 мкм, (j) 6,4 мкм, (k) 6,75 мкм, (l) 7,20 мкм и (m) 7,5 мкм. На рис. 3a, b показана зависимость интерференционно-управляемого отражения от структуры от толщины при ε lorentz = 0.005 и ε lorentz = 0,025 соответственно. Видно, что в обоих случаях наблюдается насыщение провала отражения по мере увеличения толщины (отмечено пунктирными черными прямоугольниками). В этом конкретном случае спектральное положение и интенсивность провалов отражения в значительной степени определяются коэффициентами экстинкции ( k ) диэлектрика с потерями. Очевидно, что условие деструктивной интерференции, поддерживаемое задним металлическим отражателем при наличии потерь ( k ), может полностью подавить отражение и достичь идеального поглощения.В противном случае обнаружено, что полное подавление отражения недостижимо в двухслойной геометрии при отсутствии селективных потерь длины волны в диэлектрическом слое. Впоследствии такое усиленное взаимодействие может привести к сильному перекрытию полос поглощения для данной ширины линии полос и вызвать эффективное уширение провалов. На рисунке 3b показано это явление, когда сила осцилляторов увеличена в пять раз. Геометрия поглотителя из метаматериала, должным образом спроектированная для покрытия спектральных местоположений доступных фононных мод полимера, может поэтому эффективно увеличивать поглощение, что в конечном итоге приводит к расширению основной моды поглотителя из метаматериала.Роль интерференции тонкой пленки, поддерживаемой задним металлическим отражателем, может быть дополнительно подтверждена экспериментальными результатами на рис. 3c, d, где задний металлический отражатель специально удален, в то время как толщина верхней пленки PEI поддерживается постоянной на уровне 300 нм. Результаты как функция длины (-1) метаматериального рисунка не показывают убедительных доказательств связи с лежащим в основе резонансом и близко соответствуют характеристикам только пленки PEI. Это означает существенное экранирование слаборезонансных картин пленкой 300 нм в отсутствие заднего металлического отражателя.Следовательно, структура поглотителя из метаматериала, рассматриваемая в данной работе, не только обеспечивает селективность по длине волны, но также обеспечивает сильное взаимодействие с достаточно толстой газоселективной пленкой, необходимой для измерительного приложения.

Карта зависимости толщины от длины волны спектра отражения для геометрии полимер-металл. а) Сила осциллятора ε , lorentz , фиксированная на уровне 0,0005. б) Сила осциллятора ε lorentz зафиксирована на 0.0025. c) Зависимость от длины спектров отражения структур из метаматериала (C1 – C10), покрытых пленкой PEI 300 нм (в том виде, в каком она была приготовлена, т.е. подвергнута воздействию окружающего CO 2 ), когда задний металлический отражатель удален. d) Спектры отражения аналогичной структуры C1, покрытой пленкой PEI 300 нм в двух различных состояниях: (i) в готовом виде (ii) термически десорбированный, не показывающий сильной связи с фоновым резонансом рисунка.

Далее мы проводим репрезентативное моделирование структур поглотителя из метаматериалов, используя трехмерный метод конечных разностей во временной области (FDTD).Результаты также соответствуют наложению режимов, которое в конечном итоге приводит к такому расширению (рис. S3a – f, вспомогательная информация). Также наблюдается, что связь со всеми модами достигает насыщения при определенной толщине (рисунок S3g, вспомогательная информация), в то время как данная мода может достигать насыщения при меньшей толщине в зависимости от спектрального положения фоновой моды метаматериала. Кроме того, распределения напряженности поля на рисунке S3i – n в вспомогательной информации четко указывают на магнитную составляющую гибридных мод с потенциалом эффективного преобразования света в тепло для дальнейшей интеграции.Наконец, роль резонанса поглощения структуры из метаматериала в связи с близко расположенными модами колебаний может быть подтверждена моделированием сравнения, поскольку рисунок из метаматериала отсутствует на рисунке S4 в вспомогательной информации.

Единообразие характеристик гибридного устройства на большой площади подтверждается получением изображений AFM (рисунок S5, вспомогательная информация) и изображения матрицы фокальной плоскости (FPA) (рисунок S6, вспомогательная информация).Опять же, зависящие от толщины спектры на рис. S5a, b в вспомогательной информации показывают хороший контроль над процессом пост-CMOS. Переходные данные для термодесорбции дополнительно указывают, что время, необходимое для полного сброса, должно составлять около 2 минут (Рисунок S7, Дополнительная информация). В следующем разделе мы анализируем динамический отклик гибридного датчика в пяти выбранных спектральных точках.

3.3 Геометрические характеристики измерительной платформы и ее двухпозиционное переключение в дифференциальном спектре

В этом разделе мы экспериментально изучаем зависящие от геометрии характеристики датчика поглотителя из метаматериала путем изменения длины геометрии поперечной проволоки.Условие идеального поглощения удовлетворяется только тогда, когда эффективный импеданс, определяемый как, становится равным входному импедансу ( z в ), и электрический (диполярный) и магнитный резонансы одновременно приводят к условию согласования. Однако при наличии газоселективного верхнего слоя с несколькими колебательными модами сложно достичь идеальных условий поглощения по всему спектру без изменения толщины прокладки. В частности, условия идеального поглощения ( R = 1 — A ) необходимы для достижения почти бесконечного дифференциального отклика ( R sens / R o — 1) для сенсорной структуры, работающей в режиме отражения. где R sens — интенсивность отражения при экспонировании CO 2 и R o — интенсивность отражения в чистом состоянии.Дифференциальный отклик с высоким контрастом переключения благоприятен для полностью оптического обнаружения газа на основе волокна в миниатюрном корпусе. Что еще более важно, условие идеального поглощения обеспечивает максимальную чувствительность гибридной платформы, когда она интегрирована с системой NDIR, как показано на Рисунке 1b, позволяя ей работать выше допустимого уровня шума термоэлектрического преобразователя.

Здесь мы сканируем широкий спектр (4–8 мкм), изменяя длину ( l ) геометрии для исследования.Для калибровки мы увеличиваем концентрацию CO 2 в непрерывном режиме без какого-либо сброса температуры и измеряем в установившемся режиме. Как видно на рис. 4a, регулярное красное смещение наблюдается только для устройства C1. Такой сдвиг напрямую связан с широкополосной разницей интенсивности, которая наблюдается между 2,5 и 5 мкм на рисунке 2d из-за образования уникальных химических соединений в присутствии CO 2 . Обратите внимание, что спектральное положение резонанса C1 составляет 4,9 мкм, что попадает в вышеупомянутый диапазон.Здесь мы сообщаем о сдвиге длины волны на 0,5319 нм ppm -1 , рассчитанном из разницы между 0 и 40 ppm. Помимо резонансного сдвига, во всех приборах (C1 – C5) наблюдается явное изменение интенсивности в зависимости от концентрации CO 2 . Однако датчик демонстрирует поведение насыщения в непрерывном режиме без теплового сброса, что будет обсуждаться в следующих разделах. Интересно, что это идеальное условие поглощения может быть достигнуто только в устройстве C5, как показано на рисунке 4e.Конечно, физика немного изменится по мере приближения фоновой моды метаматериала (C6 и выше) к группе колебательных мод, изучаемых в настоящее время. Как указывалось ранее, для таких случаев четко наблюдается значительное уширение полосы поглощения. Мы считаем, что гибридизация максимальна в устройстве C9, и исследуем ее дополнительно для динамической характеристики. С точки зрения добротности структура C9 с полной шириной на полувысоте ≈1300 нм может максимально перекрываться с пятью модами поглощения, расположенными в спектральном диапазоне 1500 нм.Как прямое следствие идеального состояния поглотителя, коэффициент включения-выключения в дифференциальных спектрах достигает максимума 9,85 (а.е.) в устройстве C5 (, рисунок 5e), который снова падает до 3,6 в последующем устройстве C6 в качестве состояние идеального поглощения прерывается (рисунок 5f). Такой высокий контраст в дифференциальном изображении особенно подходит для оптического зондирования газа при низкой концентрации и в режиме отражения. Кроме того, в разностных спектрах (C6, C7 на рис. 5f, g, соответственно) наблюдается четкое расщепление, которое мы приписываем сильному перекрытию между модой метаматериала и одной из колебательных мод.Опять же, контраст переключения достигает максимума 4,9 (C7) в этом режиме за счет максимального удовлетворения условия идеального поглощения.

Зависимые от геометрии газоочувствительные характеристики гибридных абсорбционных структур a – j) Геометрия C1 – C10 соответственно. Пунктирная стрелка показывает спектральное положение молекулы CO 2 , захваченной внутри верхнего слоя PEI. Серая область указывает спектральное положение резонанса поглощения метаматериала на заднем плане.Ясно, что наблюдается значительное спектральное уширение (например, C9), поскольку резонанс поглощения перекрывается с плотно расположенными колебательными модами газочувствительного слоя. Кроме того, уширение увеличивается с увеличением концентрации газа. Также наблюдается очевидное красное смещение (C1) по мере увеличения концентрации газа.

Геометрическая зависимость включения-выключения, наблюдаемая в дифференциальных спектрах структур совершенного поглотителя, как функция концентрации газа a – j), геометрия C1 – C10 соответственно.Серая область указывает спектральное положение резонанса поглощения метаматериала в каждом случае. Наблюдается пиковый контраст переключения в геометрии C5 (≈9,85) как результат идеального согласования импеданса, полученного в гибридной геометрии для данной толщины газоселективного слоя (≈300 нм). Наблюдается ярко выраженное расщепление пика переключения (C6 и C7), которое является результатом взаимодействия между связью близко расположенных колебательных мод и резонансом поглощения фонового метаматериала.Во всех случаях контраст переключения увеличивается с увеличением концентрации газа.

3.4 Мультиплексное зондирование в установившемся состоянии с помощью предлагаемой платформы

Мультиплексное двухрежимное зондирование становится популярным для технологии NDIR, где одна длина волны используется для привязки интенсивности датчика, а другая длина волны — для калибровки концентрации газа.33 Основываясь на экспериментальных результатах, приведенных в предыдущем разделе, мы сообщаем о новом мультиплексировании. методика, учитывающая изменение сигнала в связанном и несвязанном режимах.Структура суперячейки, показанная на рис. 6a, состоит из двух разных элементарных ячеек, одна из которых предназначена для работы в несвязанном режиме, а другая — в связанном режиме. Мы полагаем, что потенциал газоселективного материала может быть полностью извлечен этим способом, улавливая как сдвиг длины волны, зависящий от показателя преломления, так и изменение связи в колебательных модах для двухмодового зондирования. Типичный результат моделирования, показывающий резонансные характеристики суперячейки в присутствии гипотетического газоселективного полимера, представлен на рисунке 6b.Соответствующие профили резонансного поля на рис. 6c – f не показывают никаких признаков ближнепольного взаимодействия внутри элементарных ячеек. На рисунке 6g показаны экспериментальные результаты проверки концепции мультиплексного зондирования. В области элементарной ячейки I наблюдается монотонный сдвиг длины волны, в то время как в области элементарной ячейки II наблюдается в основном сильное изменение интенсивности. В частности, отмечается суперпозиция резонансно (элементарная ячейка II) и нерезонансно (элементарная ячейка I) усиленных полос поглощения в спектральных положениях точек pt3 и pt4.В целом, зависящее от концентрации изменение, наблюдаемое в двух областях, указывает на многофункциональные характеристики газоселективного материала, подходящего для оптического зондирования на основе метаматериалов. Одним из фундаментальных ограничений наблюдаемой схемы является перекрытие боковых полос специфических резонансов элементарной ячейки, что в конечном итоге приводит к сильному отражению от фона. Например, минимальное отражение, наблюдаемое вокруг резонанса одноклеточной I, составляет 52,5%, что означает 47,5% эффективного поглощения. Такое ограничение можно преодолеть, создав наноструктуру с высоким добротностью, обеспечивающую минимальное спектральное перекрытие между боковыми полосами.34

Демонстрация мультиплексного зондирования на предлагаемой платформе в условиях устойчивого состояния а) конструкция суперизмерной ячейки, состоящей из элементарной ячейки I и элементарной ячейки II для мультиплексированного датчика б). Смоделированный резонансный профиль геометрии суперячейки, наложенный газоселективным слоем. Поляризация падающего излучения фиксируется по оси y c). d) Распределение электрического поля (в плоскости XY ) и магнитного поля (в плоскости XZ ), соответственно, когда элементарная ячейка I находится в резонансе на 5.25 мкм e). f) Распределение электрического поля (в плоскости xy, ) и магнитного поля (в плоскости xz, ), соответственно, когда элементарная ячейка II резонирует при 6,75 мкм. g) Стационарные характеристики восприятия мультиплексированной платформы. На вставке: сфабрикованный суперпиксель.

3.5 Характеристики динамического зондирования и избирательность

3.5.1 Динамическое поведение среднего поглощения

В этом разделе мы анализируем динамическое поведение гибридного датчика с учетом среднего поглощения, рассчитанного как, где λ 1 и λ 2 — длина волны начала и конца интервала усреднения, соответственно.Зависящее от времени среднее поглощение, извлеченное в диапазоне 5–8 мкм, представлено на рис. 7a , который учитывает изменение всех колебательных мод. Резкое снижение интенсивности при каждом нагнетании газа происходит из-за индуцированной носителем N 2 частичной десорбции и очистки от CO 2 , индуцированных инфракрасными частицами. При каждом впрыске выпускное отверстие остается открытым, чтобы полностью отвести предыдущую концентрацию из камеры, в то время как измерения в установившемся режиме проводят, удерживая выпускное отверстие закрытым и обеспечивая непрерывное воздействие на датчик заданной концентрации при нулевом расходе.Это имитирует реальную ситуацию при мониторинге качества воздуха в помещении и позволяет избежать частичной десорбции, вызванной расходом N 2 в установившемся режиме. Таким образом, установившийся отклик показывает максимальный выходной сигнал датчика в ответ на конкретную концентрацию. Результаты указывают на предел обнаружения уровня ppm со временем отклика, близким к 2 мин. Указанный наклон (2,36 × 10 −5 с −1 ) подразумевает состояние устойчивого состояния, достигаемое при различных концентрациях.Дифференциальное поглощение, вычисленное из разницы двух условий устойчивого состояния на рисунке 7b, показывает потенциал платформы для измерения в непрерывном режиме. Тем не менее, поведение датчика насыщения все еще наблюдается, что мы приписываем ограниченной емкости хранения CO 2 в тонкой пленке, и может быть улучшено путем увеличения толщины пленки и продолжительной десорбции в среде N 2 перед каждым измерением. . Примечательно, что датчик срабатывает, как только он подвергается воздействию незначительной концентрации CO 2 (40 ppm в этой работе), что делает платформу очень чувствительной к присутствию газовых примесей.Мы полагаем, что адсорбция CO 2 на верхней поверхности с последующим образованием инфракрасных частиц приводит к таким характеристикам за счет последующей электромагнитной связи. Более того, резкое изменение интенсивности происходит самостоятельно и, следовательно, может рассматриваться как футуристическая, управляемая событиями система мониторинга воздушного потока35. край даже до достижения устойчивого состояния, и тем самым снизить общее энергопотребление.

a) Динамическое поведение среднего поглощения в геометрии C9, полученное интегрированием нормированного поглощения в пределах спектрального окна: 5–8 мкм. б) Дифференциальное поглощение в установившемся режиме, приспособленное для двухпараметрической экспоненциальной модели ( f ( x ) = a * exp ( b * x ) + c * exp ( d * x )), что указывает на насыщение датчика при увеличении концентрации газа в непрерывном режиме.Подгоночные значения для a , b , c и d составляют 0,04555, 0,0004665, -0,04551 и -0,0691, соответственно, при R -квадратное значение 0,9993.

Позже мы разбили среднее поглощение на пять точных полос (по 400 нм каждая) вокруг спектральных точек (pt1, pt2, pt3, pt4 и pt5) и проанализируем вклад каждой из них в резонансном приближении. Ясно, что все полосы, кроме точки 3, показывают поведение зондирования.Нормализованные спектры отражения, извлеченные на центральной длине волны pt2 и pt4 в , рис. , 8b, также согласуются с тенденцией расчетного среднего поглощения для отдельных полос на рис. 8e, g. Стоит отметить, что характеристики насыщения значительно улучшаются в случае полосы pt4 (7,092 мкм), которая соответствует скелетной вибрации NCOO, что указывает на более высокую способность этого пути реакции к обнаружению CO 2 . Отсутствие какой-либо монотонной тенденции в случае pt3 указывает на сложную зависимость связи от концентрации газа.По мере увеличения концентрации на рис. 8а становится ясно наблюдаемым поведение пересечения, которое приводит к немонотонному тренду в этом спектральном положении. Динамическое поведение также собирается на двух разных нерезонансных длинах волн (рисунок S8, вспомогательная информация). Хотя поведение восприятия наблюдается у захваченных молекул CO 2 (4,23 мкм), особой тенденции не наблюдается при 5,6 мкм при 116 ppm и выше. Это происходит из-за пересечения спектров, которое ранее наблюдалось на рисунке 4i по мере увеличения концентрации.Таким образом, результаты указывают на необходимость разумного выбора диапазона длин волн для обеспечения надежного зондирования на предлагаемой платформе.

а) Установившееся нормированное отражение структуры поглотителя C9 при различных концентрациях. б) Временная эволюция нормализованного отражения в двух различных спектральных областях: pt2 и pt4 по мере увеличения концентрации в непрерывном режиме. c) Извлеченное установившееся нормализованное отражение. d – h) Зависящее от времени среднее поглощение как функция концентрации газа, интегрированное по полосе пропускания 400 нм вокруг спектрального положения точек pt1, pt2, pt3, pt4 и pt5 соответственно.Тенденция к увеличению наблюдается для pt1, pt2 и pt5, тогда как тенденция к снижению наблюдается для pt4. Было обнаружено, что средняя абсорбция достигает максимума при промежуточной концентрации (80 ppm) в месте расположения pt3.

3.5.2 Динамическое обнаружение за пределами безопасного уровня, окружающий CO
2 Концентрация и селективность

В этом разделе мы также сообщаем о динамическом обнаружении газа CO 2 за пределами безопасного уровня, концентрации CO 2 в окружающей среде и селективности по ряду летучих органических компонентов.Верхний предел безопасного уровня CO 2 на рабочем месте считается равным 1000 ppm. Для обнаружения газа с высокой концентрацией мы используем контролируемую диффузией сорбцию газа в тонкой пленке. Зависимые от времени характеристики пленки PEI с большой площадью (100 мкм на 100 мкм) на металле при воздействии концентрации 1000 ppm с последующим смывом CO 2 при комнатной температуре показаны на Рис. 9a. Характеристики на различных важных волнах (R1, R2 и R3) показаны на рисунке 9b.Несмотря на то, что десорбция CO 2 является эндотермическим процессом (т.е. требует внешнего тепла), мы четко наблюдаем поведение быстрого восстановления на определенной длине волны (R3) при промывке окружающей концентрацией CO 2 на 75-й секунде. Это по существу указывает на слабую химическую силу связывания между аминовыми ответвлениями и избытком молекулы CO 2 при концентрации, превышающей емкость тонкой пленки, и открывает возможность восстановления гибридного сенсора при комнатной температуре.Здесь мы используем поведение, контролируемое диффузией, для определения высокой концентрации CO 2 с использованием метматериального поглотителя. Как видно на рисунке 9c, разница в устойчивом состоянии поглощения (5–6%) может быть достигнута примерно за 10 минут, даже если образец предварительно подвергнут воздействию окружающего CO 2 с концентрацией (600 частей на миллион) и влажности (72%). ) в течение длительного периода времени (24 ч) при комнатной температуре (25 °). Обратите внимание, что начальное состояние датчика отличается от состояния, показанного на рисунке 2e, так как состояние до измерения другое.Интересно, что разница динамической интенсивности может временно увеличиваться на 225% в случае закачки газа из-за частичной десорбции и в конечном итоге стабилизируется до 75% в установившемся режиме. Частичное нарушение порядка, по-видимому, в основном связано с удалением инфракрасных химических частиц с верхней поверхности материала. Об этом также свидетельствует резкое снижение зависящего от времени среднего поглощения, полученного на двух разных длинах волн (pt1: 6 мкм и pt2: 6,60 мкм), представленное на рисунке 8c.Наблюдаемая разница в установившемся состоянии подразумевает полезность условий идеального поглощения метаматериального поглотителя для многократных измерений газа в условиях окружающей среды. Среднее поглощение при pt2 неуклонно снижается от начального значения (86,50%) до конечного значения (82,5%) вместо того, чтобы увеличиваться по мере того, как имеет место кинетически медленная диффузия. С другой стороны, среднее поглощение увеличивается с 52% до 58% в точке 1. Однако при более низкой концентрации среднее поглощение на обеих длинах волн показывает тенденцию к возрастанию с увеличением концентрации (рис. 8d, e).Немонотонный тренд снова наблюдается в точке pt3 (рисунок S9a, вспомогательная информация), подразумевая эффект спектрального перекрытия в пределах заданной ширины полосы поглощения (400 нм). Тенденция к росту в точке 4 (Рисунок S9b, Дополнительная информация) также противоречит ранее наблюдавшейся тенденции к снижению (Рисунок 8g). Это указывает на механизм обнаружения, основанный на быстрой адсорбции на верхней поверхности ( для низкой концентрации CO 2 ) и медленной диффузии хемосорбированного CO 2 в объемной сети ( для высокой концентрации CO 2 ) может быть уникальными друг от друга на гибридной платформе.Фактически, тенденция динамического поглощения показывает сильную зависимость от рабочей длины волны и соответствующей ширины полосы (Рисунок S10, Дополнительная информация). Предлагаемый механизм, таким образом, предлагает несколько способов определения концентрации CO 2 в различных условиях окружающей среды. Мы полагаем, что характеристики с низкой концентрацией подходят для применения в аварийном обнаружении утечек CO 2 в системе охлаждения / хранения, в то время как характеристики с высокой концентрацией будут служить для мониторинга качества воздуха на промышленных предприятиях.

Характеристика пленки PEI толщиной 300 нм, нанесенной на плоскую металлическую поверхность, после воздействия концентрации 1000 ppm с последующей продувкой окружающим газом CO 2 на 75-й секунде. Исходные условия поддерживаются при концентрации CO 2 в окружающей среде, то есть 600 ppm a). Широкополосные средние ИК-спектры трех последовательных случаев b). Временная эволюция сигналов на трех различных длинах волн спектра. Быстрое восстановление пленки PEI четко наблюдается на нижней панели (R3) c).Динамический отклик средней полосы поглощения метаматериала (400 нм) вокруг двух разных длин волн (pt1: 6 мкм и pt2: 6,60 мкм) при воздействии 1000 ppm CO 2 . Левая вставка: широкополосные спектры в среднем ИК-диапазоне в трех случаях: t i (начальное состояние: синяя сплошная линия), t e (экспозиция: красная сплошная линия) и t s (устойчивое состояние: черная сплошная линия) . Вставка справа: Дифференциальные спектры в двух случаях: t e и t s , указывающие на большой контраст переключения, достижимый для обнаружения концентрации газа выше безопасного диапазона.

Эксперимент по селективности, проведенный на гибридном датчике, дополнительно показывает селективность платформы по отношению к ряду летучих органических соединений ( Рисунок 10a, b). Из пяти рассматриваемых спектральных точек только pt4 и pt5 испытывают временное воздействие летучего соединения. Следовательно, тщательный выбор рабочей длины волны все же может позволить избирательное обнаружение CO 2 в среде со смешанными загрязнителями.

a) Отображение зависимости длины волны от времени резонансного профиля структуры поглотителя из гибридного метаматериала (C9) при воздействии типичного летучего органического соединения (пара ацетона) на 58-й секунде.Структура предварительно подвергается воздействию 177 ppm CO 2 перед воздействием ацетона. Соответственно указывается наличие переходных колебательных мод ацетона. б) Извлеченные профили резонанса в трех разных случаях. Переходные помехи, вызванные молекулой ацетона, отмечены серой областью в спектрах. Только спектральные положения pt4 и pt5 подвержены влиянию из-за временного взаимодействия с отпечатком пальца δ CH 3 летучего органического соединения.

Страница не найдена — ScienceDirect

  • Пандемия COVID-19 и глобальное изменение окружающей среды: новые потребности в исследованиях

    Environment International, том 146, январь 2021 г., 106272

    Роберт Баруки, Манолис Кожевинас, […] Паоло Винеис

  • Исследование количественной оценки риска изменения климата в городском масштабе: обзор последних достижений и перспективы будущего направления

    Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии, Том 135, Январь 2021 г., 110415

    Бинь Йеа, Цзинцзин Цзян, Джунго Лю, И Чжэн, Нань Чжоу

  • Воздействие изменения климата на экосистемы водно-болотных угодий: критический обзор экспериментальных водно-болотных угодий

    Журнал экологического менеджмента, Том 286, 15 мая 2021 г., 112160

    Шокуфе Салими, Сухад А.A.A.N. Алмуктар, Миклас Шольц

  • Обзор воздействия изменения климата на общество в Китае

    Достижения в исследованиях изменения климата, Том 12, выпуск 2, апрель 2021 г., страницы 210-223

    Юн-Цзянь Дин, Чен-Ю Ли, […] Цзэн-Ру Ван

  • Общественное мнение об изменении климата и готовности к стихийным бедствиям: данные Филиппин

    2020 г.

    Винченцо Боллеттино, Тилли Алкайна-Стивенса, Манаси Шарма, Филип Ди, Фуонг Пхама, Патрик Винк

  • Воздействие бытовой техники на окружающую среду в Европе и сценарии снижения их воздействия

    Журнал чистого производства, Том 267, 10 сентября 2020 г., 121952

    Роланд Хишье, Франческа Реале, Валентина Кастеллани, Серенелла Сала

  • Влияние глобального потепления на смертность апрель 2021 г.

    Раннее человеческое развитие, Том 155, апрель 2021 г., 105222

    Жан Каллея-Агиус, Кэтлин Инглэнд, Невилл Каллеха

  • Понимание и противодействие мотивированным корням отрицания изменения климата

    Текущее мнение об экологической устойчивости, Том 42, февраль 2020 г., страницы 60-64

    Габриэль Вонг-Пароди, Ирина Фейгина

  • Это начинается дома? Климатическая политика, нацеленная на потребление домашних хозяйств и поведенческие решения, является ключом к низкоуглеродному будущему

    Энергетические исследования и социальные науки Том 52, июнь 2019, страницы 144-158

    Гислен Дюбуа, Бенджамин Совакул, […] Райнер Зауэрборн

  • Трансформация изменения климата: определение и типология для принятия решений в городской среде

    Устойчивые города и общество, Том 70, июль 2021 г., 102890

    Анна К. Херлиманн, Саре Мусави, Джеффри Р. Браун

  • «Глобальное потепление» против «изменения климата»: повторение связи между политической самоидентификацией, формулировкой вопроса и экологическими убеждениями.

    Журнал экологической психологии, Том 69, 2020 июнь, 101413

    Алистер Раймонд Брайс Сауттер, Рене Мыттус

  • .
    Разное

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *