Отслеживание массы в суровых условиях требует суррогатных частиц, которые выдерживают воздействие и выдерживают до отбора проб. Ученые ранее сообщали о живучести прочных трассирующих частиц во время взрывов.
В новом исследовании, проведенном Национальная лаборатория Pacific Northwest (PNNL), ученые создали прочные частицы-трассеры, которые могут выживать и процветать в экстремальных условиях.
Флуоресцентные красители и другие органические материалы часто используются в качестве индикаторов в биологических исследованиях для обнаружения клеток и обнаружения утечек воды. Они превосходно работают в определенных обстоятельствах, но менее эффективны при отслеживании взрывов. Их проблема в том, что они горят.
В этом исследовании вместо использования органических материалов ученые сосредоточились на неорганических материалах для разработки прочных индикаторов, в частности квантовые точки.
Коллега-исследователь PNNL Эйприл Карман сказала: «Хотя они показали себя намного лучше, чем органические материалы в суровых условиях, исследовательской группе все еще нужно было защитить квантовые точки от экстремальных условий химического взрыва».
«Найти способ защитить трассер, сохраняя при этом интенсивность его люминесценции, оказалось непросто».
Местная среда значительно влияет на яркость трассера или интенсивность люминесценции. Некоторые превентивные меры могут снизить яркость, что усложнит поиск трассировщика. Поэтому ученые решили использовать гидратированный кремнезем — «пропитанное водой стекло», чтобы защитить квантовые точки и сохранить их яркость.
Покрытые трассеры, созданные командой PNNL, были почти такими же светящимися, как и исходные квантовые точки, хотя более ранние методы покрытия диоксидом кремния значительно снижали яркость трассеров. Дополнительные испытания показали, что частицы могут выдерживать различные уровни pH в течение длительного времени.
Хаббард сказал, «Мы поняли, что создали что-то особенное, когда увидели наши результаты».
К счастью для команды PNNL, их метод синтеза был разработан таким образом, чтобы его можно было полностью масштабировать для производства массовых количеств — от килограммов до потенциальных тонн в день.
Коллега-исследователь PNNL Майкл Фокс сказал: «Они могут не только производить большое количество трассировщика, но и настраивать его по индивидуальному заказу. «Мы можем настроить размер и цвет индикатора под любую специфику. Трассировщик можно настроить так, чтобы он имитировал отслеживаемую массу или материал. Мы также можем использовать различные размеры с разными цветами, чтобы визуализировать, как взрыв влияет на частицы разных размеров».
Ученые отметил,, «Трассеры достаточно надежны, чтобы их можно было использовать в суровых условиях для отслеживания массы и улучшения понимания учеными судьбы и переноса в окружающей среде. Они могут работать в условиях, которые слишком суровы для традиционных индикаторов, например, на нефте- и газоперерабатывающих заводах или геотермальных электростанциях. Благодаря настраиваемым параметрам и простой в использовании системе эти индикаторы имеют множество потенциальных применений для отслеживания состояния материала и его транспортировки в суровых условиях».
Карман сказал, «Мы рады, что смогли продолжить реализацию этого проекта, несмотря на первоначальный скептицизм. Мы также рады видеть, куда это приведет нас дальше».
Справочник журнала:
- Хаббард Л., Рид К., Унак Н. и др. Люминесцентные микроагломераты кремнезема, синтез и экологические испытания. Миссия связи 12. С. 119–123 (2022). DOI: 10.1557/s43579-022-00150-3
