مولکول دو رنگ درخشان می تواند آزمایش های تونل باد را دقیق تر کند

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

اکثر سنسورها می توانند در هر زمان تنها یک چیز را اندازه گیری کنند، مانند دماسنج برای دما یا فشارسنج برای فشار. اندازه‌گیری دقیق دو ویژگی از یک سطح در یک لحظه، معمولا به معنای استفاده از دو ابزار مجزا است - افزایش هزینه و پیچیدگی به فرآیند.

اکنون، شیمی‌دانان و مهندسان هوافضا در دانشگاه منچستر، با همکاری همکارانش در دانشگاه فنلاند شرقی، مولکولی طراحی کرده‌اند که می‌تواند هر دو را به طور همزمان انجام دهد. دو رنگ متمایز نور را به طور همزمان ساطع می کند: یکی که هم به فشار و هم دما پاسخ می دهد و دیگری که فقط به دما پاسخ می دهد. با مقایسه این دو سیگنال، به جای استفاده از یک سنسور دما جداگانه در کنار یک سنسور فشار، می توان یک فشار تصحیح شده را از خود مولکول دریافت کرد.

این مولکول به عنوان یک ماده فعال در رنگ‌های تخصصی طراحی شده است که فشار روی مدل‌های هواپیما در تونل‌های باد را اندازه‌گیری می‌کند و به یک چالش بزرگ در صنعت هوافضا می‌پردازد. هنگامی که مهندسان یک طراحی جدید هواپیما را در یک تونل باد آزمایش می کنند، باید بدانند که فشار هوا دقیقا چگونه در هر سطح توزیع می شود. یکی از بهترین راه‌ها برای انجام این کار استفاده از یک رنگ حساس به فشار است که متناسب با فشار هوا که به آن فشار می‌آورد می‌درخشد.

مشکل این است که نوری که این رنگ ها ساطع می کنند نه تنها به فشار بلکه به دما نیز حساس است. همانطور که یک مدل مقیاس در طول آزمایش تونل باد گرم و سرد می شود، درخشش به روشی تغییر می کند که ربطی به فشار ندارد و خطاهایی را ایجاد می کند که مهندسان باید اصلاح کنند.

دکتر الکساندر رومانوف، محقق ارشد گروه شیمی در دانشگاه منچستر، گفت: "مواد جدید منچستر نور قرمز ساطع می کند، چیزی که ما آن را فسفرسانس می نامیم، که به تغییرات فشار و دما حساس است. در عین حال، این ماده نور آبی را به عنوان فلورسانس ساطع می کند - که فقط یک بار به درجه حرارت پاسخ می دهد و با یک بار به فشار نور قرمز نیاز داریم که به فشار آبی جدا می شود. از تداخل دما، این نوع خود اصلاحی به سادگی با یک مولکول نورانی استاندارد امکان پذیر نیست.

کار این تیم که در مجله Advanced Optical Materials منتشر شده است، توضیح می‌دهد که چگونه این مولکول در اطراف یک اتم طلا که به یک ترکیب حلقه‌ای شکل به نام آکریدین متصل است، ساخته می‌شود. موقعیت آن پیوند در ساختار تعیین می کند که مولکول چه نوع نوری را تولید می کند.

طلا به این دلیل انتخاب شد که حتی تغییرات ظریف در محل قرارگیری آن در داخل مولکول، رفتارهای قابل اعتماد ساطع نور متفاوتی را ایجاد می‌کند و به شیمیدانان کنترل دقیقی بر خواص حسگر می‌دهد. هنگامی که اتم طلا به یک موقعیت روی مولکول متصل می شود، باعث انتشار قرمز حساس به فشار می شود، در حالی که یک پیوند در یک موقعیت متفاوت باعث انتشار آبی فقط دما می شود.

محاسبات انجام شده توسط همکاران این تیم در فنلاند به محققان کمک کرد تا قبل از ساخت مولکول در آزمایشگاه، این تفاوت ها را درک و پیش بینی کنند. در هنگام استفاده، مولکول در رنگی که برای مدل های آزمایشی به روش استاندارد اعمال می شود، جاسازی می شود. یک دوربین هر دو رنگ انتشار را به طور همزمان می گیرد و نسبت بین دو سیگنال به طور خودکار دما را بدون سنسور دما تصحیح می کند.

دکتر مارک کوین، خواننده گروه مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه منچستر، گفت: "در آزمایش تونل باد، تصحیح دما در حال حاضر یکی از چالش‌های اصلی برای قابل اعتماد کردن رنگ‌های حساس به فشار است. داشتن اندازه‌گیری فشار و دما به طور همزمان از یک مولکول یک راه‌حل ظریف‌تر است، و با اضافه کردن یک ابزار واقعی، یک راه‌حل ظریف‌تر برای آزمایش‌های واقعی بیشتر ایجاد می‌کند. عوارض."

کار این تیم بخشی از یک برنامه تحقیقاتی گسترده تر در منچستر برای بهبود رنگ حساس به فشار برای کاربردهای هوافضا است. یک مطالعه مرتبط که اخیرا در ACS Applied Engineering Materials منتشر شده است، با طراحی یک رنگ مبتنی بر پلاتین با حساسیت ذاتا به دمای پایین، به مشکل دما از جهتی متفاوت پرداخته است. این دو مطالعه با هم نشان دهنده رویکردهای مکمل برای یکی از پایدارترین چالش های صنعت هستند.

الکساندر سی. برانان و همکاران، تصحیح دما در یک رنگ حساس به فشار تک لومینوفور با استفاده از مجتمع آکریدین طلایی دوگانه، مواد نوری پیشرفته (2026). DOI: 10.1002/adom.71493

اطلاعات مجله: Advanced Optical Materials

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →