ردیابی جرم از طریق محیط های خشن به ذرات جایگزینی نیاز دارد که در برابر این رویداد مقاومت کرده و تا زمان نمونه برداری دوام بیاورند. دانشمندان قبلاً در مورد زنده ماندن ردیاب های ذرات ناهموار در هنگام انفجار گزارش داده بودند.
در مطالعه جدید توسط آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام (PNNL)، دانشمندان ذرات ردیاب ناهمواری ایجاد کرده اند که می توانند در شرایط سخت زنده بمانند و رشد کنند.
رنگ های فلورسنت و سایر مواد آلی اغلب به عنوان ردیاب در تحقیقات بیولوژیکی برای مکان یابی سلول ها و تشخیص نشت آب استفاده می شوند. آنها در شرایط خاص عملکرد تحسین برانگیزی دارند، اما در ردیابی مواد در انفجارها کمتر موثر هستند. مشکل آنها این است: می سوزند.
در این مطالعه، به جای استفاده از مواد آلی، دانشمندان بر روی مواد معدنی تمرکز کردند تا ردیاب های ناهموار خود را توسعه دهند - به ویژه نقاط کوانتومی.
آوریل کارمن، محقق PNNL، گفت: اگرچه آنها در شرایط سخت بسیار بهتر از مواد آلی عمل کردند، اما تیم تحقیقاتی همچنان نیاز به محافظت از نقاط کوانتومی در برابر شرایط شدید انفجار شیمیایی داشت.
"پیدا کردن راهی برای محافظت از ردیاب در حالی که هنوز شدت درخشندگی آن را حفظ می کند دشوار بود."
محیط محلی به طور قابل توجهی بر روشنایی یا شدت درخشندگی ردیاب تأثیر می گذارد. برخی اقدامات پیشگیرانه می توانند روشنایی را کاهش دهند و یافتن ردیاب را چالش برانگیزتر می کند. از این رو، دانشمندان تصمیم گرفتند از سیلیس هیدراته استفاده کنند - "عمداً شیشه آغشته به آب" برای محافظت از نقاط کوانتومی و حفظ روشنایی آنها.
ردیاب‌های پوشش‌دار ایجاد شده توسط تیم PNNL تقریباً به اندازه نقاط کوانتومی اولیه درخشان بودند، حتی اگر تکنیک‌های پوشش سیلیسی قبلی به طور قابل‌توجهی روشنایی ردیاب را کاهش دادند. آزمایشات اضافی نشان داد که این ذرات می توانند سطوح مختلف pH را برای دوره های طولانی تحمل کنند.
هابارد گفت وقتی نتایج خود را دیدیم، می‌دانستیم که چیز خاصی خلق کرده‌ایم.»
خوشبختانه برای تیم PNNL، روش سنتز آنها به گونه‌ای طراحی شد که کاملاً مقیاس‌پذیر برای تولید مقادیر جرمی از کیلوگرم تا تن بالقوه در روز باشد.
مایکل فاکس، محقق PNNL گفت: آنها نه تنها می توانند مقادیر زیادی از ردیاب را بسازند، بلکه می توانند آنها را سفارشی کنند. ما می توانیم اندازه و رنگ ردیاب را با هر ویژگی تنظیم کنیم. ردیاب را می توان برای ایجاد تقلیدی از جرم یا ماده ای که ردیابی می شود به خوبی تنظیم کرد. همچنین می‌توانیم از اندازه‌های مختلف با رنگ‌های مختلف برای تجسم چگونگی تأثیر انفجار بر ذرات با اندازه‌های مختلف استفاده کنیم.»
دانشمندان اشاره کرد, ردیاب ها به اندازه کافی ناهموار هستند تا در محیط های خشن برای ردیابی جرم و بهبود درک دانشمندان از سرنوشت محیطی و حمل و نقل مستقر شوند. آنها می‌توانند تحت شرایطی که برای ردیاب‌های سنتی بسیار شدید هستند، مانند پالایشگاه‌های نفت و گاز یا نیروگاه‌های زمین گرمایی، عمل کنند. با پارامترهای قابل تنظیم و سیستمی با کاربری آسان، این ردیاب ها کاربردهای بالقوه زیادی برای ردیابی سرنوشت مواد و حمل و نقل در محیط های خشن دارند.
کارمان گفت ما خوشحالیم که علیرغم تردیدهای اولیه، توانستیم این پروژه را دنبال کنیم. ما همچنین هیجان زده هستیم که ببینیم این کار ما را به کجا خواهد رساند."
مرجع مجله:
- Hubbard, L., Reed, C., Uhnak, N. et al. میکروآگلومراهای سیلیسی درخشان، سنتز و آزمایش های محیطی. ارتباطات MRS 12، 119–123 (2022). DOI: 10.1557/s43579-022-00150-3
