Відстеження маси в суворих умовах вимагає сурогатних частинок, які витримують подію та витримують до взяття проби. Раніше вчені повідомляли про живучість посилених індикаторів частинок під час вибухів.
У новому дослідженні автором Тихоокеанська північно-західна національна лабораторія (PNNL), вчені створили міцні частинки-індикатори, які можуть виживати та процвітати в екстремальних умовах.
Флуоресцентні барвники та інші органічні матеріали часто використовуються як індикатори в біологічних дослідженнях для визначення місцезнаходження клітин і витоку води. Вони чудово працюють за певних обставин, але менш ефективні при відстеженні матеріалу під час вибухів. Їхня проблема: вони горять.
У цьому дослідженні замість використання органічних матеріалів вчені зосередилися на неорганічних матеріалах, щоб розробити свої міцні індикатори, зокрема квантові точки.
Дослідник PNNL Ейпріл Карман сказала: «Хоча вони працювали набагато краще, ніж органічні матеріали в суворих умовах, дослідницькій групі все одно потрібно було захистити квантові точки від екстремальних умов хімічного вибуху».
«Знайти спосіб захистити індикатор, зберігаючи його інтенсивність люмінесцентного освітлення, виявилося важко».
Місцеве середовище суттєво впливає на яскравість індикатора або інтенсивність люмінесценції. Деякі профілактичні заходи можуть зменшити яскравість, що ускладнить пошук трасувальника. Тому вчені вирішили використовувати гідратований кремнезем — «загалом змочене водою скло» для захисту квантових точок і підтримки їхньої яскравості.
Індикатори з покриттям, створені командою PNNL, були майже такими ж яскравими, як і оригінальні квантові точки, навіть незважаючи на те, що попередні технології нанесення кремнеземного покриття значно зменшували яскравість індикаторів. Додаткове тестування показало, що частинки можуть витримувати різні рівні pH протягом тривалого часу.
Хаббард сказав, «Ми знали, що створили щось особливе, коли побачили наші результати».
На щастя для команди PNNL, їхній метод синтезу був розроблений таким чином, щоб бути повністю масштабованим для виробництва масових кількостей — від кілограмів до потенційних тонн на день.
Дослідник PNNL Майкл Фокс сказав: «Вони можуть не тільки виготовляти великі обсяги трасувальників, але й налаштовувати їх. «Ми можемо налаштувати розмір і колір трасувальника відповідно до будь-якої специфіки. Трейсер можна точно налаштувати, щоб створити імітацію маси або матеріалу, який відстежується. Ми також можемо використовувати різні розміри з різними кольорами, щоб візуалізувати, як вибух впливає на частинки різного розміру».
Вчені зазначив,, «Трейсери досить міцні, щоб їх можна було використовувати в суворих умовах для відстеження маси та покращення розуміння вченими екологічної долі та транспортування. Вони можуть працювати в умовах, які є надто суворими для традиційних індикаторів, наприклад, на нафто- та газопереробних заводах або геотермальних установках. Завдяки настроюваним параметрам і зручній системі ці трейсери мають багато потенційних застосувань для відстеження долі матеріалу та його транспортування в суворих умовах».
Карман сказав, «Ми раді, що змогли продовжити цей проект, незважаючи на початковий скептицизм. Ми також раді бачити, куди це приведе нас далі».
Довідка з журналу:
- Хаббард Л., Рід К., Унак Н. та ін. Мікроагломерати люмінесцентного кремнезему, синтез та випробування навколишнього середовища. MRS Communications 12, 119–123 (2022). DOI: 10.1557/s43579-022-00150-3
