Depositphotos
Американські хіміки з університету Олбані створили високоенергетичну сполуку — діборид марганцю, яка може стати основою нового ракетного палива.
Під час займання діборид марганцю виділяє значно більше енергії на одиницю маси та об’єму, ніж існуючі види палива. Це дозволить ракетам витрачати значно менше палива і вивільнить більше місця для корисного навантаження.
“У ракетних кораблях простір має вирішальне значення. Кожен сантиметр повинен бути ефективно запакований, і все на борту має бути максимально легким. Створення більш ефективного палива з використанням нового складу дозволить скоротити обсяг його зберігання, звільнивши місце для обладнання, включаючи прилади, що використовуються для досліджень. На зворотному шляху це може означати, що більше місця буде доступно для доставки зразків”, — пояснює один з авторів дослідження Майкл Єнг.
Діборид марганцю (MnB2) має більш ніж на 20% вищу щільність енергії за масою та приблизно на 150% більшу за об’ємом, порівняно з алюмінієм, який наразі використовується у твердопаливних ракетних прискорювачах. При цьому MnB2 залишається надзвичайно стабільним і займається лише під впливом джерела займання, наприклад, гасу. Дослідники також підтвердили за результатами лабораторних випробувань, що діборид марганцю може посилити каталітичні нейтралізатори в автомобілях та виступити каталізатором для розкладання пластику.
“Дібориди вперше привернули увагу у 1960-х роках. З того часу, як з’явилися ці перші дослідження, нові технології дозволяють нам фактично синтезувати хімічні сполуки, існування яких колись передбачалося лише як гіпотеза. Знаючи, що нам відомо про елементи періодичної таблиці, ми припускали, що діборид марганцю буде структурно асиметричним і нестабільним — чинники, які разом роблять його високоенергетичним, — але донедавна ми не могли перевірити його, оскільки його неможливо було отримати. Успішний синтез чистого дібориду марганцю — саме по собі видатне досягнення. І тепер ми можемо перевірити його експериментально та знайти нові способи його застосування“, — зазначає співавтор дослідження Джозеф Доан.
MnB2 можна отримати лише за дуже високих температур, які досягаються у дугових плавильних печах. Подрібнені у порошок марганець та бор пресують в одну таблетку і запечатують у камері з армованого скла. Потім на таблетку подається вузький електричний струм, який нагріває її майже до 3 тис.°C. Розплавлену речовину швидко охолоджують для збереження структури. В атомному масштабі цей процес змушує центральний атом марганцю зв’язуватися з більшою кількістю атомів, ніж зазвичай, створюючи щільну структуру.
Дослідження нових хімічних сполук вимагає здатності синтезувати їх. Окрім цього необхідно вміти визначати їхню молекулярну структуру для кращого розуміння їхньої поведінки. З огляду на це Грегорі Джон з університету Олбані разом із фахівцем з обчислювальної хімії Аланом Ченом створили комп’ютерні моделі для візуалізації молекулярної структури дібориду марганцю. Ці моделі допомогли дослідникам виявити ледве помітну деформацію, яка зумовлює високу потенційну енергію сполуки.
“Наша модель дібориду марганцю схожа на поперечний переріз сендвіча з морозивом, де зовнішні шари являють собою гратчасту структуру, що складається з взаємопов’язаних шестикутників. Якщо придивитися, можна помітити, що шестикутники не є ідеально симетричними; всі вони трохи перекошені. Це те, що ми називаємо “деформацією”. Вимірюючи ступінь деформації, ми можемо використовувати цей показник як показник визначення кількості енергії, запасеної в матеріалі. Цей перекіс і є місцем, де зберігається енергія”, — підкреслив Грегорі Джон.
Результати дослідження опубліковані у журналі ACS
Джерело: SciTechDaily
Контент сайту призначений для осіб віком від 21 року. Переглядаючи матеріали, ви підтверджуєте свою відповідність віковим обмеженням.
Cуб'єкт у сфері онлайн-медіа; ідентифікатор медіа - R40-06029.