A tömeg zord környezetben való nyomon követéséhez olyan helyettesítő részecskékre van szükség, amelyek ellenállnak az eseménynek, és a mintavételig kitartanak. A tudósok korábban beszámoltak a robbanások során alkalmazott masszív szemcsés nyomjelzők túlélhetőségéről.
Egy új tanulmányban Csendes-óceán északnyugati nemzeti laboratóriuma (PNNL) szerint a tudósok strapabíró nyomjelző részecskéket hoztak létre, amelyek túlélnek és boldogulnak extrém körülmények között.
A fluoreszcens festékeket és más szerves anyagokat gyakran használják nyomjelzőként a biológiai kutatásokban a sejtek lokalizálására és a vízszivárgások kimutatására. Bizonyos körülmények között csodálatosan teljesítenek, de kevésbé hatékonyak a robbanások anyagának nyomon követésében. A problémájuk: égnek.
Ebben a tanulmányban a tudósok a szerves anyagok használata helyett a szervetlen anyagokra összpontosítottak, hogy kifejleszthessék robusztus nyomjelzőiket – különösen kvantumpontok.
A PNNL kutatótársa, April Carman elmondta: "Bár sokkal jobban teljesítettek, mint a szerves anyagok zord körülmények között, a kutatócsoportnak mégis meg kellett védenie a kvantumpontokat a kémiai robbanás szélsőséges körülményeitől."
„Nehéznek bizonyult megtalálni a módját a nyomjelző védelmének a lumineszcens intenzitás megőrzése mellett.”
A helyi környezet jelentősen befolyásolja a nyomjelző fényerejét – vagy lumineszcens intenzitását. Egyes megelőző intézkedések csökkenthetik a fényerőt, így nehezebb megtalálni a nyomjelzőt. Ezért a tudósok úgy döntöttek, hogy hidratált szilícium-dioxidot – „alapvetően vízzel átitatott üveget” használnak a kvantumpontok védelmére és fényességük megőrzésére.
A PNNL csapata által készített bevonatos nyomjelzők majdnem olyan fényesek voltak, mint az eredeti kvantumpontok, annak ellenére, hogy a korábbi szilícium-dioxid bevonási technikák jelentősen csökkentették a nyomjelző fényességét. További vizsgálatok kimutatták, hogy a részecskék hosszú ideig elviselik a különböző pH-értékeket.
Hubbard azt mondta: „Amikor láttuk az eredményeinket, tudtuk, hogy valami különlegeset alkottunk.”
A PNNL csapatának szerencséjére a szintézis módszerét úgy tervezték meg, hogy teljesen méretezhető legyen tömeges mennyiségek előállításához – a kilogrammtól a potenciális tonnáig naponta.
Michael Foxe, a PNNL kutatótársa elmondta: „Nemcsak nagy mennyiségű nyomjelzőt tudnak készíteni, de testre is szabhatják azokat. „A nyomkövető méretét és színét tetszőleges specifikumhoz tudjuk hangolni. A nyomkövető finomhangolható a nyomon követett tömeg vagy anyag utánzatának létrehozásához. Különféle méreteket és színeket is használhatunk annak megjelenítésére, hogy egy robbanás hogyan hat a különböző méretű részecskékre.”
Tudósok neves, „A nyomjelzők elég masszívak ahhoz, hogy zord környezetben is be lehessen őket helyezni, hogy nyomon követhessék a tömeget, és javítsák a tudósok megértését a környezeti sorsról és a szállításról. Olyan körülmények között működhetnek, amelyek túl szigorúak a hagyományos nyomjelzők számára – például olaj- és gázfinomítókban vagy geotermikus erőművekben. Hangolható paraméterekkel és könnyen használható rendszerrel ezek a nyomjelzők számos alkalmazási lehetőséget kínálnak az anyagok sorsának és szállításának nyomon követésére zord környezetben.”
Carman azt mondta: „Örülünk, hogy a kezdeti szkepticizmus ellenére folytatni tudtuk ezt a projektet. Izgatottan várjuk azt is, hogy hová vezet minket a következő lépés.”
Journal Reference:
- Hubbard, L., Reed, C., Uhnak, N. et al. Lumineszcens szilícium-dioxid mikroagglomerátumok, szintézis és környezeti tesztelés. MRS Communications 12, 119–123 (2022). DOI: 10.1557/s43579-022-00150-3
