At spore masse gennem barske miljøer kræver surrogatpartikler, der modstår hændelsen og holder indtil prøvetagning. Forskere har tidligere rapporteret om overlevelsesevnen af robuste partikelsporstoffer under eksplosioner.
I en ny undersøgelse af Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), har forskere skabt robuste sporpartikler, der kunne overleve og trives under ekstreme forhold.
Fluorescerende farvestoffer og andre organiske materialer bruges ofte som sporstoffer i biologisk forskning for at lokalisere celler og opdage vandlækager. De præsterer beundringsværdigt under visse omstændigheder, men de er mindre effektive til at spore materiale i eksplosioner. Deres problem er: de brænder.
I denne undersøgelse, i stedet for at bruge organiske materialer, fokuserede forskere på uorganiske materialer for at udvikle deres robuste sporstoffer - især kvantepunkter.
Med PNNL-forsker April Carman sagde, "Selvom de klarede sig meget bedre end organiske materialer under barske forhold, havde forskerholdet stadig brug for at beskytte kvanteprikkerne mod de ekstreme forhold ved en kemisk eksplosion."
"Det viste sig at være svært at finde en måde at beskytte sporstoffet på og samtidig bevare dets selvlysende intensitet."
Det lokale miljø påvirker sporstoffets lysstyrke eller selvlysende intensitet markant. Nogle forebyggende foranstaltninger kan reducere lysstyrken, hvilket gør sporstoffet mere udfordrende at finde. Derfor besluttede forskerne at bruge hydreret silica - "dybest set vandgennemblødt glas" for at beskytte kvanteprikkerne og bevare deres lysstyrke.
De belagte sporstoffer skabt af PNNL-teamet var næsten lige så lysende som de originale kvanteprikker, selvom tidligere silica-belægningsteknikker reducerede sporstoffets lysstyrke betydeligt. Yderligere test viste, at partiklerne kunne udholde forskellige pH-niveauer i længere perioder.
Hubbard sagde, "Vi vidste, at vi skabte noget særligt, da vi så vores resultater."
Heldigt for PNNL-teamet var deres syntesemetode designet til at være fuldstændig skalerbar til at producere massemængder - fra kilogram til potentielle tons pr. dag.
Fellow PNNL-forsker Michael Foxe sagde, "De kan ikke kun lave store mængder af sporstoffet, men de kan også tilpasse dem. "Vi kan justere sporstoffets størrelse og farve til enhver specificitet. Sporen kan finjusteres for at skabe en efterligning af massen eller materialet, der spores. Vi kan også bruge en række forskellige størrelser med forskellige farver til at visualisere, hvordan en eksplosion påvirker partikler af forskellig størrelse."
Forskere bemærkede, "Sporestofferne er robuste nok til at blive installeret i barske miljøer for at spore masse og forbedre videnskabsfolks forståelse af miljøskæbne og transport. De kan fungere under forhold, der er for alvorlige for traditionelle sporstoffer - som i olie- og gasraffinaderier eller geotermiske anlæg. Med justerbare parametre og et letanvendeligt system har disse sporstoffer mange potentielle anvendelser til at spore materialeskæbne og transport i barske miljøer."
Carman sagde, "Vi er glade for, at vi kunne fortsætte med at forfølge dette projekt på trods af den første skepsis. Vi er også begejstrede for at se, hvor det fører os hen næste gang.”
Journal Reference:
- Hubbard, L., Reed, C., Uhnak, N. et al. Luminescerende silica-mikroagglomerater, syntese og miljøtest. MRS kommunikation 12, 119-123 (2022). DOI: 10.1557/s43579-022-00150-3
