Ostatnie badanie prowadzone przez profesora Eunsoona OH i Daegwon Noh z Chungnam National University badały nowatorską metodę wykrywania materiałów wybuchowych w środowiskach w fazie gazowej z wykorzystaniem hartowania fotoluminescencyjnego (PLQ). Wraz z rosnącymi obawami dotyczącymi bezpieczeństwa wojskowego i cywilnego dokładne i niezawodne metody wykrywania materiałów wybuchowych mają kluczowe znaczenie, szczególnie te, które mogą wykryć niemetaliczne kopalnie ziemi zawierające trinitrotoluen i dinitrotoluen (DNT). Badania, opublikowane w polimerach, bada, w jaki sposób czynniki środowiskowe, takie jak temperatura i wilgotność, wpływają na czujniki PLQ i oferują wgląd w poprawę ich skuteczności w rzeczywistych warunkach.
Zespół profesora OH skupił się na technice z wykorzystaniem sprzężonych filmów polimerowych (CP), które mogą wykrywać materiały wybuchowe poprzez pomiar zmian fotoluminescencji, gdy wystawiono na cząsteczki docelowe, takie jak DNT. Cząsteczki te, powszechnie występujące w materiałach wybuchowych, gasią fotoluminescencję polimeru, zmniejszając jego intensywność. Profesor OH wyjaśnił: „Naszym celem było przeanalizowanie wpływu na środowisko na hartowanie fotoluminescencji w prawie otwartych warunkach, szczególnie w jaki sposób temperatura i wilgotność wpływają na czujniki PLQ”. Ich ustalenia pokazują, że niektóre filmy CP, takie jak sprzężony polimer sprzężonego pentiptycene (PCC), są szczególnie skuteczne w zastosowaniach w czasie rzeczywistym.
W badaniu wykorzystano zdalnie kontrolowaną konfigurację eksperymentalną w celu zminimalizowania narażenia na szkodliwe opary, co pozwoliło badaczom przetestować metodę PLQ w warunkach prawie otwartych. Ich metoda obejmowała automatyczny system migawki, który kontrolował ekspozycję czujnika na wybuchowe opary, symulując rzeczywiste warunki, w których takie czujniki musiałyby działać bez ograniczenia w kontrolowanym środowisku. Takie podejście pozwoliło zespołowi ocenić efekty środowiskowe bez bezpośredniego narażenia na cząsteczki pary.
Jednym z najważniejszych ustaleń badań profesora OH było uświadomienie sobie, że warunki środowiskowe, takie jak szybkie zmiany temperatury i wilgotności, mogą mieć znaczący wpływ na niezawodność czujników PLQ. Ta obserwacja podkreśliła potrzebę zrekompensowania zmian temperatury zapewniających niskie wskaźniki fałszywie dodatnich. Zespół profesora OH zaproponował strategie minimalizacji tych błędów, takie jak utrzymanie stabilnej temperatury wokół czujników, chociaż może to być trudne w rzeczywistych warunkach.
Naukowcy opracowali model teoretyczny w celu ilościowego wyjaśnienia zmian fotoluminescencji po ekspozycji na wybuchowe cząsteczki. Model uwzględnia takie czynniki, jak dyfuzja ekscytonu i dynamika adsorpcji molekularnej. Odkryli również, że w krótkich czasach ekspozycji filmy polimerowe mogą odzyskać swoją fotoluminescencję, wykazując potencjał ciągłego monitorowania w czasie rzeczywistym. Jednak przedłużone narażenie na wybuchowe opary lub wysokie ciśnienie pary spowodowało znaczną degradację filmów polimerowych. „Degradacja filmów polimerowych jest głównym ograniczeniem, szczególnie w przypadku wysokich stężeń pary”, dodał profesor OH, podkreślając znaczenie stosowania trwałych materiałów, które można wytrzymać przedłużone zastosowanie bez utraty wydajności.
Podsumowując, badania te stanowi znaczący krok naprzód w poprawie wiarygodności wykrywania materiałów wybuchowych przy użyciu metod hartowania fotoluminescencji. Zajmując się czynnikami środowiskowymi, które mogą zagrozić dokładności czujnika, badanie zawiera cenne wytyczne dotyczące zwiększenia odporności czujników PLQ w różnych zastosowaniach. Jak zauważył profesor OH: „Ta praca toruje drogę do rozwoju bardziej skutecznych i odpornych systemów wykrywania wybuchowego, które mogą niezawodnie funkcjonować nawet w trudnych warunkach środowiskowych”. Przyszłe badania koncentrują się na optymalizacji tych czujników w celu długoterminowego użytkowania i dalszym udoskonaleniu algorytmów kompensacji w celu uwzględnienia zmian środowiska.
Referencje dziennika
Noh, D. i Oh, E. (2024). „Oszacowanie efektów środowiskowych i czasu reakcji w wykrywanie materiałów wybuchowych w fazie gazowej za pomocą metody wygaszania fotoluminescencji”. Polimery, 16 (908). Doi: https://doi.org/10.3390/polym16070908
O autorach
Eunsoon oh jest profesorem fizyki na Chungnam National University w Daejeon w Korei Południowej. Przed swoim stanowiskiem w CNU pracowała w Samsung Advanced Research Institute jako podstawowy badacz, prowadząc swoje wysiłki w celu opracowania technologii LED z niebiesko-zielonymi za pomocą GAN. W latach 2010-2011 spędziła czas w UC Davis jako uczony wizytujący. Opublikowała ponad 100 artykułów w różnych publikacjach naukowych na temat fotoluminescencji, Ramana, efektu magnetooptycznego, diod emitujących światło, właściwości fotowoltaicznych, skanowania mikroskopii fotoprądowej, wykrywania podczerwieni itp. Obecnie pracuje nad wykrywaniem wybuchowym przy użyciu metod wycofania SERS i luminescencji. Otrzymała doktorat na Purdue University.
Daegwon Noh jest doktorem Student Departamentu Fizyki na Chungnam National University w Korei Południowej. Jego zainteresowania badawcze obejmują wykrywanie pary materiałów wybuchowych za pomocą metod fotoluminescencji i SERS.
