Forskare vid U.S. Army Research Laboratory och Ludwig Maximilian University i München, Tyskland har utvecklat ett miljövänligt rött ljus som är populärt i fyrverkerier och bland soldater som använder dem i träning och slagfältsoperationer som signalutrustning.

Formeln är en litiumbaserad pyroteknisk sammansättning av rödljus av hög renhet och färgkvalitet, och undviker en lista med miljöstörande element, nämligen strontium och klorerade organiska material, båda anses vara farliga för människor.

Den nya formuleringen är baserad på ett icke-hygroskopiskt dilitiumkväverikt salt som fungerar som både oxidationsmedel och rött färgämne. Formuleringen kan locka intresse från civila fyrverkerier och militära pyrotekniker för vidare utveckling eftersom de båda har ett egenintresse av utvecklingen av miljömedvetna formuleringar, sade ARL:s Dr Jesse J. Sabatini, en forskningskemist, som tillsammans med universitetets professor Thomas M. Klapötke var medförfattare till en artikel i en nyutgåva av Angewandte Chemie.

För att uppnå rött ljusutsläpp med hög färgrenhet, författarna rapporterar en formulering som består av pulveriserat magnesium och hexamin som bränslen, nitrocellulosa, ett epoxibindemedelssystem, och ett litiumbaserat salt med hög kvävehalt, som fungerar som både oxidationsmedel och färgämne. Vid bränning, denna formulering visade sig uppvisa en relativt svalt brinnande låga, samtidigt som den producerar lämpliga mängder av rödljusavgivande atomärt litium. Även om ytterligare optimering fortfarande behövs för att förbättra ljusstyrkan hos Li-baserade rödljusutsändande reflexer, detta representerar det första kända exemplet på en framgångsrik rödljusavgivande formulering med hög färgkvalitet och renhet baserad på litium som inte innehåller några perklorater, halogenerade material eller strontiumbaserade material.

Historiskt sett, formuleringarna för pyrotekniska formuleringar som utsänder rött ljus inkluderade pulverformiga metallbränslen som magnesium och aluminium, strontiumnitrat och perkloratoxidationsmedel, samt kolbaserade klorerade organiska material såsom poly (vinyl) klorid.

"När dessa formuleringar bränns, ett starkt rött ljus produceras; framkallad genom generering av strontium (I) klorid (SrCl). SrCl är en djupröd ljussändare, och det är vad som är känt som en metastabil molekylär emitter; en sändare som inte är stabil i marktillståndet vid låga temperaturer, men som är stabil i exciterat tillstånd under en högtemperaturförbränningsprocess. Tyvärr, perklorater, klorerade organiska material och strontiumbaserade material som finns i traditionella pyrotekniska formuleringar som avger röda ljus faller ur ett miljöperspektiv, och står inför ökande granskning och/eller reglerande åtgärder från EPA, sa Sabatini.

Författarna citerade en färsk EPA-rapport som fann strontium som potentiellt skadligt för människors hälsa, specifikt att det ersätter kalcium i benet, stör benstyrkan, och påverkar därmed skelettutvecklingen hos barn och ungdomar. Under 2014, EPA fattade ett preliminärt beslut att börja reglera mängden strontium i dricksvattnet. Strontium har upptäckts i 99?% av alla offentliga vattensystem och på oroande nivåer i 7?% av de offentliga vattensystemen i USA. Medan amerikanska militära träningsplatser inte ingick i studien, dessa anläggningar kan också visa förhöjda halter av strontium, med tanke på närvaron av strontium i för närvarande använda pyrotekniska pyrotekniska kompositioner som lyser upp med rödljus.

Nästa steg i denna forskning är att göra den strontium- och halogenfria röda blossen som laget utvecklade ljusare, sa Sabatini. "Med andra ord, ansträngningar måste nu göras för att öka ljusintensiteten hos formuleringen eller en nära derivat därav. Detta kan göras parallellt med att man gör det som kallas prototypexperiment, där de nya blossformuleringarna kan testas i större skalor. Förbättringarna i ljusstyrkan och de stora prototyptesterna kommer att behövas för att driva tekniken framåt. "