Massan seuraaminen ankarissa ympäristöissä vaatii korvikehiukkasia, jotka kestävät tapahtuman ja kestävät näytteenottoon asti. Tutkijat ovat aiemmin raportoineet kestävien hiukkasmerkkiaineiden säilyvyydestä räjähdyksen aikana.
Uudessa tutkimuksessa Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), tiedemiehet ovat luoneet kestäviä merkkiainehiukkasia, jotka voivat selviytyä ja menestyä äärimmäisissä olosuhteissa.
Fluoresoivia väriaineita ja muita orgaanisia materiaaleja käytetään usein merkkiaineina biologisessa tutkimuksessa solujen paikantamiseksi ja vesivuotojen havaitsemiseksi. Ne toimivat ihailtavasti tietyissä olosuhteissa, mutta ne ovat vähemmän tehokkaita jäljittämään materiaalia räjähdyksissä. Heidän ongelmansa on: ne palavat.
Tässä tutkimuksessa tutkijat keskittyivät orgaanisten materiaalien sijaan epäorgaanisiin materiaaleihin kehittääkseen kestäviä merkkiaineita - erityisesti kvanttipisteet.
PNNL-tutkija April Carman sanoi, "Vaikka ne menestyivät paljon paremmin kuin orgaaniset materiaalit ankarissa olosuhteissa, tutkimusryhmän oli silti suojeltava kvanttipisteitä kemiallisen räjähdyksen ääriolosuhteilta."
"Tavan löytäminen merkkiaineen suojaamiseksi säilyttäen silti sen luminoivan voimakkuuden osoittautui vaikeaksi."
Paikallinen ympäristö vaikuttaa merkittävästi merkkiaineen kirkkauteen – tai luminesenssivoimakkuuteen. Jotkut ennaltaehkäisevät toimenpiteet voivat vähentää kirkkautta, mikä tekee merkkiaineen löytämisestä haastavampaa. Siksi tutkijat päättivät käyttää hydratoitua piidioksidia - "periaatteessa veteen kastettua lasia" kvanttipisteiden suojaamiseen ja niiden kirkkauden säilyttämiseen.
PNNL-tiimin luomat päällystetyt merkkiaineet olivat lähes yhtä valoisia kuin alkuperäiset kvanttipisteet, vaikka aikaisemmat piidioksidipinnoitustekniikat vähensivät huomattavasti merkkiaineen kirkkautta. Lisätestit paljastivat, että hiukkaset kestivät erilaisia pH-tasoja pitkiä aikoja.
Hubbard sanoi, "Tiesimme, että loimme jotain erityistä, kun näimme tulokset."
PNNL-tiimin onneksi heidän synteesimenetelmänsä suunniteltiin täysin skaalautuvaksi massamäärien tuottamiseksi - kiloista potentiaalisiin tonneihin päivässä.
PNNL-tutkija Michael Foxe sanoi, "He eivät vain pysty valmistamaan suuria määriä merkkiainetta, vaan he voivat myös muokata niitä. ”Voimme virittää jäljittimen koon ja värin mihin tahansa erityisyyteen. Merkkiainetta voidaan hienosäätää jäljittelemään massaa tai materiaalia, jota seurataan. Voimme myös käyttää erilaisia kokoja eri väreillä visualisoidaksemme, kuinka räjähdys vaikuttaa erikokoisiin hiukkasiin.
Tutkijat huomattava, ”Jäljittimet ovat riittävän kestäviä, jotta niitä voidaan käyttää ankarissa ympäristöissä, jotta ne voivat seurata massaa ja parantaa tutkijoiden ymmärrystä ympäristön kohtalosta ja kuljetuksista. Ne voivat toimia olosuhteissa, jotka ovat liian ankaria perinteisille merkkiaineille, kuten öljyn ja kaasun jalostamoissa tai geotermisissä laitoksissa. Säädettävien parametrien ja helppokäyttöisen järjestelmän ansiosta näillä merkkiaineilla on monia potentiaalisia sovelluksia materiaalien kohtalon ja kuljetuksen seuraamiseen ankarissa ympäristöissä.
Carman sanoi, ”Olemme iloisia, että saimme jatkaa tätä hanketta alkuperäisestä skeptisisyydestä huolimatta. Olemme myös innoissamme nähdessämme, mihin se johtaa meidät seuraavaksi."
Lehden viite:
- Hubbard, L., Reed, C., Uhnak, N. et ai. Luminesoivat piidioksidimikroagglomeraatit, synteesi ja ympäristötestaus. MRS Communications 12, 119–123 (2022). DOI: 10.1557/s43579-022-00150-3
