Công nghệ năng lượng mặt trời cải tiến phát hiện các tác nhân chiến tranh hóa học và thuốc trừ sâu

Các nhà khoa học Ôxtrâylia đang điều chỉnh một thành phần của pin năng lượng mặt trời tiên tiến để thiết kế một hệ thống dựa vào ánh sáng nhằm mục tiêu phát hiện nhanh các chất độc chết người.

Dù các tác nhân chiến tranh hóa học như mù tạt lưu huỳnh hay còn gọi là khí mù tạt bị cấm sử dụng trên toàn thế giới, nhưng nhóm nghiên cứu vẫn dựa vào các hóa chất khác được kiểm soát chặt chẽ dùng cho ngành nông nghiệp, công nghiệp và trong đời sống, bao gồm chất khử trùng như metyl iođua có khả năng kiểm soát côn trùng và nấm. Việc sử dụng sai liều lượng hoặc không đúng cách các chất khử trùng này có thể gây hại cho con người và làm suy giảm tầng ôzôn.

Vì metyl iođua vô hình và không có mùi, nên khó xác định lượng metyl iođua ở mức nào là nguy hiểm. Đến nay, phương pháp kiểm tra hiệu quả nhất là sử dụng các thiết bị đắt đỏ, phức tạp trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, điều này không thực tế trong nhiều môi trường ở thế giới thực. Một số phương pháp chi phí thấp đã được thử nghiệm, nhưng lại không đủ độ nhạy và mất quá nhiều thời gian mới cho kết quả.

Giờ đây, nhóm nghiên cứu tại Trung tâm xuất sắc về khoa học Exciton thuộc Hội đồng nghiên cứu Ôxtrâylia lần đầu tiên đã tìm ra cách phát hiện metyl iođua dựa vào sự thay đổi màu sắc với độ chính xác, linh hoạt và tốc độ cần để sử dụng trong thực tế. Quan trọng là cơ chế cảm biến mới đủ linh hoạt để sử dụng trong việc phát hiện nhiều loại chất khử trùng và tác nhân chiến tranh hóa học.

Nhóm nghiên cứu đã phối hợp với Cơ quan khoa học quốc gia Ôxtrâylia (CSIRO) và Bộ Quốc phòng để khai thác một số công nghệ mới đang được sử dụng để cải thiện năng lượng mặt trời - các tinh thể nano tổng hợp dựa vào cấu trúc perovskite và biến đổi nó thành phương pháp phát hiện.

Phương pháp mới dựa trên thực tế là các tinh thể nano huỳnh quang ở mức cao này phản ứng với chất khử trùng, làm đổi màu của ánh sáng phát ra từ các tinh thể nano. Sự xuất hiện của metyl iođua làm cho hiện tượng phát xạ tinh thể nano chuyển từ màu xanh lá cây sang vàng, sau đó, thành màu cam, đỏ và cuối cùng là đỏ đậm tùy theo lượng chất khử trùng.

"Các tinh thể nano perovskite đã được chứng minh là chất phát sáng rất hiệu quả", TS. Wenping Yin, tác giả chính của nghiên cứu tại trường Đại học Monash cho biết. "Ở đây, chúng tôi đã chỉ ra rằng metyl iođua có thể phản ứng với perovskite rất nhanh sau bước kích hoạt hóa học đơn giản. Nhờ vậy đã làm giảm thời gian phản hồi của cảm biến từ vài giờ xuống chỉ còn vài giây".

Trong quá trình này, các ion tạo nên những tinh thể nano thay đổi nhanh khi chúng tiếp xúc với metyl iođua được kích hoạt bởi một phản ứng hóa học. Phản ứng liên quan đến hoạt động trao đổi bromua với iotua trong chính tinh thể nano, dẫn đến sự thay đổi màu sắc. Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã chứng minh sự thay đổi màu sắc phụ thuộc vào nồng độ tinh thể nano perovskite và metyl iođua.

Các nhà nghiên cứu hy vọng phát hiện mới sẽ cung cấp nền tảng chế tạo thiết bị thử nghiệm dùng cho các ứng dụng trong thế giới thực.

N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2021-03-solar-energy-technology-chemical-warfare.html, 4/3/2021