Å spore masse gjennom tøffe miljøer krever surrogatpartikler som tåler hendelsen og holder ut til prøvetaking. Forskere har tidligere rapportert om overlevelsesevnen til robuste partikkelsporere under eksplosjoner.
I en ny studie av Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), har forskere laget robuste sporpartikler som kan overleve og trives under ekstreme forhold.
Fluorescerende fargestoffer og andre organiske materialer brukes ofte som sporstoffer i biologisk forskning for å lokalisere celler og oppdage vannlekkasjer. De yter beundringsverdig under visse omstendigheter, men de er mindre effektive til å spore materiale i eksplosjoner. Problemet deres er: de brenner.
I denne studien, i stedet for å bruke organiske materialer, fokuserte forskere på uorganiske materialer for å utvikle sine robuste sporstoffer - spesielt kvantepunkter.
Andre PNNL-forsker April Carman sa, "Selv om de klarte seg mye bedre enn organiske materialer under tøffe forhold, trengte forskerteamet fortsatt å beskytte kvanteprikkene fra de ekstreme forholdene til en kjemisk eksplosjon."
"Det viste seg å være vanskelig å finne en måte å beskytte sporstoffet samtidig som den beholdt dens selvlysende intensitet."
Det lokale miljøet påvirker sporerens lysstyrke eller selvlysende intensitet betydelig. Noen forebyggende tiltak kan redusere lysstyrken, noe som gjør sporstoffet mer utfordrende å finne. Derfor bestemte forskerne seg for å bruke hydrert silika - "i utgangspunktet vanngjennomvåt glass" for å beskytte kvanteprikkene og opprettholde deres lysstyrke.
De belagte sporstoffene laget av PNNL-teamet var nesten like lysende som de originale kvanteprikkene, selv om tidligere silikabeleggsteknikker reduserte sporstofflysstyrken betraktelig. Ytterligere testing viste at partiklene kunne tåle ulike pH-nivåer i lengre perioder.
Hubbard sa, "Vi visste at vi skapte noe spesielt da vi så resultatene våre."
Heldig for PNNL-teamet, syntesemetoden deres ble designet for å være fullstendig skalerbar for å produsere massemengder - fra kilogram til potensielle tonn per dag.
PNNL-forsker Michael Foxe sa, "Ikke bare kan de lage store mengder av sporstoffet, men de kan også tilpasse dem. "Vi kan justere sporstoffets størrelse og farge til enhver spesifisitet. Traceren kan finjusteres for å skape en etterligning av massen eller materialet som spores. Vi kan også bruke en rekke størrelser med forskjellige farger for å visualisere hvordan en eksplosjon påvirker partikler av forskjellige størrelser."
Forskere bemerket, "Sporstoffene er robuste nok til å kunne brukes i tøffe miljøer for å spore masse og forbedre forskernes forståelse av miljøskjebne og transport. De kan fungere under forhold som er for alvorlige for tradisjonelle sporstoffer - som i olje- og gassraffinerier eller geotermiske anlegg. Med justerbare parametere og et brukervennlig system, har disse sporstoffene mange potensielle bruksområder for å spore materialskjebne og transport i tøffe miljøer."
Carman sa, "Vi er glade for at vi kunne fortsette å forfølge dette prosjektet til tross for innledende skepsis. Vi er også begeistret for å se hvor det fører oss videre."
Tidsreferanse:
- Hubbard, L., Reed, C., Uhnak, N. et al. Selvlysende silikamikroagglomerater, syntese og miljøtesting. MRS Communications 12, 119–123 (2022). GJØR JEG: 10.1557/s43579-022-00150-3
