Science >> Wetenschap >  >> Chemie

Kleurveranderende materialen zouden nucleair materiaal en andere waardevolle stoffen kunnen beschermen

"Ons eerste idee was om een ​​'bloedend' materiaal te maken waarvan het overduidelijk was dat er mee was geknoeid", zegt Heidi Smartt, een elektrotechnisch ingenieur en projectleider van Sandia. "Vervolgens hebben we met deze materialen een nieuw apparaat gemaakt waarvan de schade duidelijk zichtbaar is voor mensen. Niemand heeft ooit eerder een dergelijk concept voor internationale nucleaire veiligheidscontroles uitgevoerd."

Kleurveranderende chemische stof

Met behulp van in de handel verkrijgbare gekleurde waterkralen, een kleurveranderende chemische reactie en 3D-geprinte behuizingen heeft het team puckvormige apparaten gemaakt die donkerbruin worden als ze beschadigd raken of als de draadlus die er doorheen loopt eruit wordt getrokken.

Het belangrijkste onderdeel van de kleurveranderende oplossing is een chemische stof genaamd L-DOPA, die het lichaam gebruikt om verschillende vitale neurotransmitters te maken. Deze chemische stof kan reageren met zuurstof om melanine te maken, de bruine chemische stof die de menselijke huid, het haar en de ogen hun kleur geeft.

Een gekneusde container die manipulatie aangeeft. Credit:Craig Fritz

Het onderzoeksteam onderzocht verschillende andere kleurveranderende oplossingen voordat ze vaststelden dat de melanineproducerende reactie, vergelijkbaar met de reactie veroorzaakt door looien, de meest praktische was, zei Cody Corbin, een materiaalchemicus van Sandia. "Sindsdien heeft dit uitstekend gewerkt."

Als iemand een klein gaatje in het apparaat boort of probeert de ingebedde draden eruit te trekken, lekt er zuurstof naar binnen. Eenmaal binnen reageert de zuurstof met de van kleur veranderende oplossing nabij de schade, waardoor deze bruin wordt. Na verloop van tijd komt er meer zuurstof binnen en wordt de "blauwe plek" groter.

Gespikkelde pucks produceren

De prototype-apparaten van Sandia zijn ongeveer zo groot als een stapel van zeven Amerikaanse munten van een halve dollar, hetzelfde formaat als de metalen bekerzegels die het bureau sinds de jaren zestig gebruikt. Het IAEA vertrouwt op sabotage-indicatieapparatuur die rond de openingen van kasten met vitale bewakingsapparatuur wordt gelust. De apparaten worden ook op de openingen van containers met verbruikte splijtstof geplaatst om eventuele omleiding duidelijk te maken.

IAEA-inspecteurs moeten deze apparaten en hun draadlussen echter zorgvuldig onderzoeken en letten op vreemde vlekken, kleurverschillen en andere tekenen van geknoei. Deze inspectie is tijdrovend en onderhevig aan menselijke fouten. Het doel van het Sandia-prototype is om de tijd en subjectiviteit van dergelijke inspecties te verminderen.

Om de vulling voor de prototype-apparaten te maken, voegt het team van Corbin een klein beetje water toe aan een mengsel van heldere en gekleurde waterkralen totdat ze zacht zijn, zei hij. Vervolgens mengen ze de kralen totdat het kleine stukjes zijn, maar geen fijn poeder. Zodra ze droog zijn, brengen ze de stukjes over naar een laboratoriumapparaat dat een handschoenenkastje wordt genoemd.

Time-lapse video van een container waarin wordt geboord en die van kleur verandert. Credit:Craig Fritz

In het handschoenenkastje bevinden zich verschillende paar dikke rubberen handschoenen waarmee onderzoekers experimenten kunnen uitvoeren in een zuurstofvrije omgeving. Eenmaal in het dashboardkastje worden de kralen gedrenkt in de kleurveranderende oplossing en vervolgens giet een onderzoeker het mengsel in 3D-geprinte doosjes en sluit ze af. Eenmaal verzegeld kunnen de hoesjes worden verwijderd.

"De andere kant van manipulatie-indicatie is ervoor zorgen dat je een unieke identificatie hebt om ervoor te zorgen dat de apparaten niet gemakkelijk te vervalsen en te vervangen zijn", aldus Corbin. "De kleuren van de kraalbits zorgen voor dat anti-namaakaspect. Als iemand een puck zou willen repliceren, zou hij alle rode, blauwe en groene spikkels op dezelfde plek moeten krijgen."

De apparaten op de proef gesteld

Het team test nu tientallen pucks onder tal van verschillende omstandigheden die verschillende omgevingen nabootsen waarin ze kunnen worden gebruikt, zei Smartt. Dit omvat het testen bij temperaturen variërend van -22°F tot 150°F, en onder intens UV-licht om de materialen sneller te laten verouderen, tot het equivalent van drie jaar.

Vorig jaar heeft het team patent aangevraagd op het kleurveranderende materiaal en onlangs een voortzetting van het patent op het sabotage-indicatieapparaat zelf. Het team kan ook aanvullende federale financiering nastreven om de apparaten in het veld te testen en kan op zoek gaan naar zakelijke partners om de technologie in licentie te geven en te commercialiseren. Het team heeft ook volledige behuizingen gemaakt die manipulatie aangeven van kleurveranderend materiaal, als onderdeel van een ander lopend project.

"Vanaf het begin van ons werk aan deze materialen hebben we dit als zeer waardevol gezien voor elke industrie die zich bezighoudt met het knoeien met hun verpakkingen", aldus Smartt. "Ik denk dat we echt waarde kunnen toevoegen in dat visueel voor de hand liggende aspect van onze apparaten; dat is totaal nieuw. Er zijn ook veel andere mogelijke toepassingen voor deze lusafdichtingen."

Geleverd door Sandia National Laboratories




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. De evolutionaire klok terugdraaien op een lichtgevoelig eiwit
  2. Onderzoekers ontwikkelen een nieuwe AI-tool voor geavanceerde analyse van diergedrag
  3. Nieuwe detectietechnieken kunnen droogtetolerantie in oude gewassen detecteren en kunnen nieuwe fokprogramma's informeren
  4. Hoe evolueert de mens?
  5. Routes uit isolatie voor Yellowstone grizzlyberen
  6. Onderzoekers maken een kaart van het microbiële landschap van de darmen
  7. De kracht van saffraankleur benutten voor voedsel en toekomstige therapieën
  8. Het co-evoluerende web van het leven als een netwerk begrijpen
  9. Kunstmatige intelligentie kan worden gebruikt om bossen in Maines beter te monitoren, vondsten te bestuderen

Wetenschap