Rīga: +5°С
Revolucionāra degviela raķetēm: Atklāj mangāna diborīdu (MnB2)
ASV ķīmiķi no Olbani Universitātes ir radījuši jaunu augstas enerģijas savienojumu — mangāna diborīdu (MnB2), kas var kļūt par pamatu revolucionārai raķešu degvielai. Aizdedzinot, mangāna diborīds atbrīvo ievērojami vairāk enerģijas uz masas un tilpuma vienību nekā pašreizējās degvielas. Tas nozīmē, ka raķetēm būs nepieciešams ievērojami mazāk degvielas, tādējādi atbrīvojot vērtīgu telpu derīgajai kravai.
Kosmosa izpēte un kravas ietilpība
“Kosmosa kuģos telpai ir izšķiroša nozīme. Katram centimetram jābūt efektīvi iepakotam, un visam uz klāja jābūt pēc iespējas vieglākam. Jaunas kompozīcijas efektīvākas degvielas radīšana ļaus samazināt tās uzglabāšanas apjomu, atbrīvojot vietu aprīkojumam, tostarp instrumentiem, ko izmanto pētījumiem. Atpakaļceļā tas varētu nozīmēt vairāk vietas paraugu atgriešanai uz Zemi,” skaidro viens no pētījuma autoriem Maikls Jens (Michael Yeng).
Mangāna diborīdam (MnB2) ir vairāk nekā par 20% augstāks enerģijas blīvums pēc masas un aptuveni par 150% augstāks pēc tilpuma, salīdzinot ar alumīniju, ko pašlaik izmanto cietās degvielas raķešu paātrinātājos. Turklāt MnB2 saglabā ārkārtēju stabilitāti un aizdegas tikai aizdedzes avota, piemēram, petrolejas, ietekmē.
Daudzpusīgas pielietojuma iespējas
Pētnieki laboratorijas testos arī apstiprināja, ka mangāna diborīds varētu uzlabot automašīnu katalītiskos neitralizatorus un kalpot par katalizatoru plastmasas sadalīšanai — aizraujošs atklājums, kas varētu pavērt jaunas iespējas atkritumu pārstrādē.
Izcils sintēzes sasniegums
“Diborīdi pirmo reizi piesaistīja uzmanību jau 20. gadsimta 60. gados. Kopš šiem pirmajiem pētījumiem jaunās tehnoloģijas ļauj mums faktiski sintezēt ķīmiskos savienojumus, kuru eksistence kādreiz tika tikai hipotētiski pieļauta. Zinot to, ko mēs zinām par periodiskās tabulas elementiem, mēs pieņēmām, ka mangāna diborīds būs strukturāli asimetrisks un nestabils — faktori, kas kopā padara to augsti enerģētisku —, taču līdz nesenam laikam mēs nevarējām to pārbaudīt, jo tas nebija iegūstams. Tīra mangāna diborīda veiksmīga sintēze ir izcils sasniegums pati par sevi. Un tagad mēs varam to eksperimentāli pārbaudīt un atrast jaunus pielietojuma veidus,” atzīmē pētījuma līdzautors Džozefs Doans (Joseph Doan).
Sintēzes process un molekulārā struktūra
MnB2 var iegūt tikai ļoti augstās temperatūrās, ko panāk loka kausēšanas krāsnīs. Pulverveida mangānu un boru saspiež vienā tabletē un hermētiski noslēdz armēta stikla kamerā. Pēc tam uz tableti tiek virzīta šaura elektriskā strāva, kas sakarsē to līdz gandrīz 3000 °C. Izkausēto vielu ātri atdzesē, lai saglabātu tās struktūru. Atomu līmenī šis process liek centrālajam mangāna atomam saistīties ar lielāku atomu skaitu nekā parasti, veidojot ārkārtīgi blīvu struktūru.
Jaunu ķīmisko savienojumu izpētei ir nepieciešama spēja tos sintezēt, kā arī noteikt to molekulāro struktūru, lai labāk izprastu to uzvedību. Ņemot vērā to, Gregorijs Džons (Gregory John) no Olbani Universitātes kopā ar skaitļošanas ķīmijas speciālistu Alanu Čenu (Alan Chen) izveidoja datoru modeļus mangāna diborīda molekulārās struktūras vizualizēšanai. Šie modeļi palīdzēja pētniekiem atklāt knapi pamanāmu deformāciju, kas nosaka savienojuma augsto potenciālo enerģiju.
Enerģijas noslēpums: 'Saldējuma sviestmaizes' analoģija
“Mūsu mangāna diborīda modelis ir līdzīgs saldējuma sviestmaizes šķērsgriezumam, kur ārējie slāņi veido režģveida struktūru, kas sastāv no savstarpēji savienotiem sešstūriem. Ja ieskatās tuvāk, var pamanīt, ka sešstūri nav pilnīgi simetriski; tie visi ir nedaudz sašķiebušies. To mēs dēvējam par “deformāciju”. Mērot deformācijas pakāpi, mēs varam to izmantot kā rādītāju, lai noteiktu materiālā uzkrātās enerģijas daudzumu. Šis šķībums ir vieta, kur tiek glabāta enerģija,” uzsvēra Gregorijs Džons.
Pētījuma rezultāti publicēti žurnālā “ACS”. Avots: SciTechDaily.
Sekojiet mums līdzi: