Исследователи из Германии разработали новый флуоресцентный краситель на водной основе. Новый краситель может быть использован для одновременной визуализации распределения градиентов температуры и давления при испытаниях автомобилей и самолетов. Краситель экологически безопасен и легко смывается водой.

Визуализация распределения давления и температуры на корпусе автомобиля или самолета в ходе испытаний в аэродинамической трубе является важной составляющей аэродинамических испытаний. Обычно для решения подобной задачи применяют красители, флуоресцентная способность которых зависит от давления или температуры, однако в состав использующихся в настоящее время красителей входят летучие и токсичные органические растворители, поэтому работа с ними требует специальных средств защиты, а удаление таких красителей с корпуса испытуемых аппаратов представляет собой дорогостоящую процедуру.

Аэродинамические свойства автомобилей и самолетов
изучаются с помощью экспериментов
в аэродинамической трубе

Отто Вольфбайс (Otto Wolfbeis) из Университета Регенсбурга с коллегами разработал люминесцентные водорастворимые красители, которые могут применяться для одновременного измерения давления и температуры.

Вольфбайс использовал флуоресцентные порфириновые комплексы платины (II), способные детектировать парциальное давление кислорода, эта величина может быть использована для расчета барометрического давления; растворимость этих комплексов в воде была достигнута за счет их импрегнирования в наночастицы, состоящие из водорастворимого кислородопроницаемого полимера. Полученные наночастицы использовались в качестве каретки-носителя для других микрочастиц – непроницаемых для кислорода полимерных микрогранул, подкрашенных люминесцентным комплексом иридия, использовавшимся в качестве температурной пробы, оставаясь при этом неподверженным влиянию давления.

Распыление люминесцентных полимерных сфер на поверхность алюминия приводит к образованию слоя краски, отличающегося высокой устойчивостью и хорошим значением механической адгезии к поверхности металла. Вольфбайс поясняет, что неожиданно высокая адгезия наночастиц с красителями к металлу позволяет обходиться без дополнительных полимерных связующих и растворителей.

Обе индикаторных пробы, входящих в состав красителя могут быть переведены в возбужденное состояние с помощью источника света с длиной волны 405 нм, два независимых сигнала позволяют визуализировать распределение давления и температуры. Сенсорный краситель экологически безвреден, безопасен в работе и, как сенсор, отличается хорошими показателями.

Роберт Крачли (Robert Crutchley), специалист по тонким индикаторным пленкам для определения газов из Университета Карлетон (Оттава, Канада) отмечает, что хотя методики, позволяющие одновременно измерить давление и температуру, уже существуют, подход химиков из Регенсбурга можно считать революционно-новаторским.

В дальнейшем Вольфбайс планирует уменьшить время отклика пробы, которое до настоящего времени лимитируется скоростью диффузии кислорода через полимерный слой. Он надеется уменьшить время отклика до миллисекунд – именно такая экспрессность в измерении давления и температуры крайне желательна производителям автомобилей и летательных аппаратов для их испытаний.