Американские химики из университета Олбани создали высокоэнергетическое соединение — диборид марганца, которое может стать основой нового ракетного топлива.
При воспламенении диборид марганца выделяет значительно больше энергии на единицу массы и объема, чем существующие виды топлива. Это позволит ракетам расходовать значительно меньше топлива и освободит больше места для полезной нагрузки.
«В ракетных кораблях пространство имеет решающее значение. Каждый сантиметр должен быть эффективно запакован, и все на борту должно быть максимально легким. Создание более эффективного топлива с использованием нового состава позволит сократить объем его хранения, освободив место для оборудования, включая приборы, используемые для исследований. На обратном пути это может означать, что больше места будет доступно для доставки образцов», — объясняет один из авторов исследования Майкл Йенг.
Диборид марганца (MnB2) имеет более чем на 20% большую плотность энергии по массе и примерно на 150% большую по объему, по сравнению с алюминием, который сейчас используется в твердотопливных ракетных ускорителях. При этом MnB2 остается чрезвычайно стабильным и воспламеняется только под воздействием источника воспламенения, например, керосина. Исследователи также подтвердили по результатам лабораторных испытаний, что диборид марганца может усилить каталитические нейтрализаторы в автомобилях и выступить катализатором для разложения пластика.
«Дибориды впервые привлекли внимание в 1960-х годах. С тех пор, как появились эти первые исследования, новые технологии позволяют нам фактически синтезировать химические соединения, существование которых когда-то предполагалось лишь как гипотеза. Зная, что нам известно об элементах периодической таблицы, мы предполагали, что диборид марганца будет структурно асимметричным и нестабильным — факторы, которые вместе делают его высокоэнергетическим, — но до недавнего времени мы не могли проверить его, поскольку его невозможно было получить. Успешный синтез чистого диборида марганца — само по себе выдающееся достижение. И теперь мы можем проверить его экспериментально и найти новые способы его применения«, — отмечает соавтор исследования Джозеф Доан.
MnB2 можно получить только при очень высоких температурах, которые достигаются в дуговых плавильных печах. Измельченные в порошок марганец и бор прессуют в одну таблетку и запечатывают в камере из армированного стекла. Затем на таблетку подается узкий электрический ток, который нагревает ее почти до 3 тыс.°C. Расплавленное вещество быстро охлаждают для сохранения структуры В атомном масштабе этот процесс заставляет центральный атом марганца связываться с большим количеством атомов, чем обычно, создавая плотную структуру.
Исследование новых химических соединений требует способности синтезировать их. Кроме этого необходимо уметь определять их молекулярную структуру для лучшего понимания их поведения. Учитывая это Грегори Джон из университета Олбани вместе со специалистом по вычислительной химии Аланом Ченом создали компьютерные модели для визуализации молекулярной структуры диборида марганца. Эти модели помогли исследователям обнаружить едва заметную деформацию, которая обуславливает высокую потенциальную энергию соединения.
«Наша модель диборида марганца похожа на поперечное сечение сэндвича с мороженым, где внешние слои представляют собой решетчатую структуру, состоящую из взаимосвязанных шестиугольников. Если присмотреться, можно заметить, что шестиугольники не являются идеально симметричными; все они немного перекошены. Это то, что мы называем «деформацией». Измеряя степень деформации, мы можем использовать этот показатель, как показатель определения количества энергии, запасенной в материале. Этот перекос и является местом, где хранится энергия», — подчеркнул Грегори Джон.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS
Источник: SciTechDaily
No Comment! Be the first one.