In een kleurrijke oplossing voor een gevaarlijk probleem, Australische wetenschappers passen een onderdeel van geavanceerde zonnecellen aan om een ​​snelle, op licht gebaseerd detectiesysteem voor dodelijke gifstoffen.

Hoewel het gebruik van chemische oorlogsmiddelen zoals zwavelmosterd - beter bekend als mosterdgas - internationaal verboden is, we vertrouwen op andere strikt gecontroleerde chemicaliën voor de landbouw, industrie en in ons dagelijks leven, inclusief ontsmettingsmiddelen zoals methyljodide, die wordt gebruikt om insecten en schimmels te bestrijden. Verkeerde hoeveelheden of verkeerd gebruik van deze ontsmettingsmiddelen kunnen schadelijk zijn voor de mens en de ozonlaag aantasten.

Omdat het onzichtbaar is en niet ruikt, het is moeilijk te zeggen of er gevaarlijke hoeveelheden methyljodide aanwezig zijn, en tot nu toe was de beste manier om het te testen in een laboratorium met dure, ingewikkelde apparatuur, wat niet praktisch is in veel real-world omgevingen. Sommige goedkoper, lichtgewicht detectiemethoden zijn geprobeerd, maar ze hadden niet genoeg gevoeligheid en duurde te lang om resultaten te leveren.

Nutsvoorzieningen, onderzoek geleid door het ARC Center of Excellence in Exciton Science heeft een manier gevonden om methyljodide te detecteren door middel van kleurveranderingen, met - voor het eerst - de nauwkeurigheid, flexibiliteit en snelheid die nodig zijn voor praktisch gebruik. belangrijk, dit nieuwe detectiemechanisme is veelzijdig genoeg voor gebruik bij het detecteren van een breed scala aan ontsmettingsmiddelen en middelen voor chemische oorlogsvoering.

In samenwerking met het Australische nationale wetenschapsbureau CSIRO en het ministerie van Defensie, de onderzoekers leenden een nieuwe technologie die wordt gebruikt om zonne-energie te verbeteren - synthetische nanokristallen op basis van een perovskietstructuur - en maakten er een detectiemethode van.

Hun benadering is gebaseerd op het feit dat deze zeer fluorescerende nanokristallen reageren met het ontsmettingsmiddel, waardoor de kleur van het licht dat ze uitzenden verandert. De aanwezigheid van methyljodide zorgt ervoor dat de emissie van nanokristallen verschuift van groen naar geel, en dan op naar oranje, rood, en tenslotte diep rood, afhankelijk van de aanwezige hoeveelheid ontsmettingsmiddel.

"Perovskiet-nanokristallen hebben bewezen een zeer efficiënte lichtzender te zijn, " zei hoofdauteur Dr. Wenping Yin van de Monash University.

"Hier hebben we aangetoond dat methyljodide kan reageren met dergelijke perovskieten, en doe dit zeer snel na een eenvoudige chemische activeringsstap. Kritisch, deze activeringsstap verkort de reactietijd van de sensor van enkele uren tot slechts enkele seconden."

In dit proces, de ionen die de nanokristallen vormen, veranderen snel wanneer ze worden blootgesteld aan het methyljodide dat wordt veroorzaakt door een chemische reactie.

De reactie omvat het uitwisselen van bromide met jodide in het nanokristal zelf, wat resulteert in de kleurverandering.

uiteindelijk, de onderzoekers hebben kunnen aantonen dat de kleurverandering afhankelijk is van de perovskiet-nanokristallen en methyljodideconcentraties.

"Hoewel het chemische mechanisme erg ingewikkeld is, het resultaat is slechts een kleurverandering van het licht dat door de nanokristallen wordt geproduceerd, die heel gemakkelijk te detecteren is, ' zei Wenping.

Het nieuwe mechanisme heeft het grootste bereik, hoogste gevoeligheid en snelste respons ooit bereikt voor een techniek die niet afhankelijk is van dure laboratoriuminstrumenten, produceert zijn resultaten in ongeveer vijf seconden bij kamertemperatuur.

De onderzoekers hopen nu dat hun bevindingen een platform zullen bieden voor het bouwen van een testapparaat dat kan worden gebruikt in real-world toepassingen.

Senior auteur professor Jacek Jasieniak zei:"We hebben het fundamentele mechanisme begrepen voor wat nodig is om deze colorimetrische detectie te ondergaan. Nu gaat het om het bouwen van een prototype-detectieapparaat.

"Het moet verder worden ontwikkeld om zijn ware potentieel voor bredere detectie van verschillende soorten methylhalogenidesoorten te realiseren, evenals pesticiden en middelen voor chemische oorlogsvoering, zoals traangas, en mosterdgas, maar de toon is gezet."

Defensiewetenschapper en industriepartneronderzoeker, Dr. Genevieve Dennison zei:"We zijn erg enthousiast over het potentieel dat door dit werk wordt aangetoond en kijken ernaar uit om de technologie toe te passen om onze militairen en eerstehulpverleners te beschermen."