يقوم الكيميائيون بإنشاء مركب وقود الصواريخ من الجيل التالي الذي يحزم طاقة أكثر بنسبة 150 ٪

قام كيميائيون Ualbany بإنشاء ديبورايد المنغنيز ، وهي مادة عالية الطاقة مع إمكانية لوقود الصواريخ والتقنيات الجديدة.

قام الكيميائيون في الجامعة في ألباني بتطوير مركب عالي الطاقة يمكن أن يحول وقود الصواريخ ويجعل السفر مساحة أكثر كفاءة. عند الإشعال ، ينتج عن هذا المركب طاقة أكبر بكثير لكل وحدة من الوزن والحجم من الدافعين الحاليين.

بالنسبة إلى الصواريخ ، هذا يعني أنه سيكون هناك حاجة إلى عدد أقل من الوقود لتحقيق نفس مدة المهمة أو سعة الحمولة ، مما يترك مساحة أكبر للمعدات واللوازم الأساسية. تم نشر البحث في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.

وقال أستاذ الكيمياء المساعد مايكل يونج ، الذي قاد مختبره إلى العمل: “في سفن الصواريخ ، فإن الفضاء في قسط”. “يجب تعبئة كل شبر بكفاءة ، ويجب أن يكون كل شيء على متن الطائرة هو الضوء قدر الإمكان. إن إنشاء وقود أكثر كفاءة باستخدام مركبنا الجديد قد يعني أن هناك حاجة إلى مساحة أقل لتخزين الوقود ، وتحرير مساحة للمعدات ، بما في ذلك الأدوات المستخدمة للبحث. في رحلة العودة ، قد يعني ذلك أن مساحة أكبر متوفرة لإحضار عينات إلى المنزل.”

المجمع ، المنغنيز ديبورايد (MNB₂) ، أعلى من 20 ٪ في كثافة الطاقة بالوزن وحوالي 150 ٪ من الحجم مقارنة بالألمنيوم ، والذي يستخدم حاليًا في معززات الصواريخ الصلبة. على الرغم من فعاليتها ، فهي مستقرة بشكل ملحوظ ولا تشعل إلا عند تعرضها لمصدر الإشعال مثل الكيروسين.

إلى جانب الدفع الصاروخية ، يُظهر الهيكل القائم على البورون لـ MNB2 إمكانات واسعة النطاق. يشير العمل من معمل Yeung إلى أنه يمكن أيضًا تعزيز المحولات الحفزية في السيارات ويكون بمثابة حافز لتحطيم البلاستيك.

يستغرق الحرارة لتسخين

ديبورايد المنجنيز هو جزء من مجموعة من المركبات الكيميائية التي يشتبه منذ فترة طويلة في أن لها خصائص غير عادية ، ولكن التقدم في دراستها كان محدودًا من خلال التحدي المتمثل في إنتاج المادة بالفعل.

قال جوزيف دوان ، طالب دكتوراه في أولباني ، الذي يعمل مع يونج: “بدأ ديبوريدات في الاستمتاع في الستينيات”. “نظرًا لأن هذه النظرات الأولية ، تسمح لنا التقنيات الجديدة بتوليف المركبات الكيميائية التي تم افتراضها مرة واحدة فقط.

“معرفة ما نفعله بشأن العناصر على الجدول الدوري ، كنا نشتبه في أن ديبورايد المنغنيز سيكون غير متناظرة من الناحية الهيكلية وغير مستقرة – العوامل التي ستجعلها معًا نشطة للغاية – ولكن حتى وقت قريب ، لم نتمكن من اختبارها لأننا لا يمكن إجراء اختبار جديد.

https://www.youtube.com/watch؟v=gkqruvu3us4

يتطلب إنتاج Diboride المنغنيز حرارة شديدة ، تم إنشاؤها بواسطة جهاز يعرف باسم “Melter”. للبدء ، يتم الضغط على مساحيق المنغنيز والبورون في بيليه ومختومة داخل غرفة زجاجية معززة. ثم يتم توجيه التيار الكهربائي الضيق إلى بيليه ، وتسخينه إلى ما يقرب من 3000 درجة مئوية (أكثر من 5000 درجة فهرنهايت). يتم تبريد المادة المنصهرة بسرعة للحفاظ على بنيتها. على النطاق الذري ، تجبر هذه العملية المنجنيز المركزي ذرة للربط مع ذرات أكثر من المعتاد ، خلق ترتيب مزدحم مضغوط بإحكام مثل الربيع ملفوف.

فتح الهيكل من خلال التشوه

عند استكشاف مركبات كيميائية جديدة ، تكون القدرة على إنتاج المركب جسديًا أمرًا بالغ الأهمية. تحتاج أيضًا إلى أن تكون قادرًا على تحديد بنيتها الجزيئية من أجل فهم أفضل سبب تصرفها بالطريقة التي تتصرف بها.

قام طالب دكتوراه في UALBANY GREGORY JOHN ، الذي يعمل مع الكيميائي الحسابي آلان تشن ، ببناء نماذج كمبيوتر لتصور التركيب الجزيئي للديبورايد المنجنيز. كشفت هذه النماذج عن شيء مهم: منحرفة خفية ، والمعروفة باسم “التشوه” ، والتي تعطي المركب طاقته العالية المحتملة.

وقال جون: “يبدو نموذجنا لمركب Diboride المنغنيز بمثابة مقطع عرضي لساندويتش الآيس كريم ، حيث تتكون ملفات تعريف الارتباط الخارجية من بنية شعرية تتكون من سداسيات متشابكة”. “عندما تنظر عن كثب ، يمكنك أن ترى أن السداسي ليسوا متناظرين تمامًا ؛ فهي جميعها منحرفة قليلاً. هذا ما نسميه” التشوه “. من خلال قياس درجة التشوه ، يمكننا استخدام هذا القياس كبديل لتحديد كمية الطاقة المخزنة في المادة.

إليك طريقة أخرى لتصويرها.

قال يونج: “تخيل الترامبولين المسطح ؛ لا توجد طاقة عندما تكون مسطحة”. “إذا وضعت وزنًا ضخمًا في وسط الترامبولين ، فسوف يمتد. يمثل هذا الامتداد الطاقة التي يتم تخزينها بواسطة الترامبولين ، والتي سيتم إطلاقها عند إزالة الكائن.

تحتاج مواد جديدة إلى مركبات جديدة

وقال أستاذ مساعد في الكيمياء آلان تشن: “هناك إجماع بين الكيميائيين على أن المركبات القائمة على بورون يجب أن يكون لها خصائص غير عادية تجعلهم يتصرفون على عكس أي مركبات أخرى موجودة”. “هناك مسعى مستمر لمعرفة تلك الخصائص والسلوكيات. هذا النوع من السعي هو في صميم كيمياء المواد ، حيث يتطلب إنشاء مواد أكثر صعوبة وأقوى أكثر تطرفًا لتزوير مواد كيميائية جديدة تمامًا.

“تعتبر هذه الدراسة أيضًا مثالًا رائعًا على العملية العلمية ، حيث يتابع الباحثون خصائص كيميائية مثيرة للاهتمام حتى عندما لا يكونون متأكدين من التطبيقات المحددة التي قد تظهر. في بعض الأحيان ، تتضمن الحالة الحالية ، تكون النتائج مصادفة.”

بدأ اهتمام Yeung بمركبات بورون عندما كان طالبًا في جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس. يهدف مشروعه إلى اكتشاف مركبات أصعب من الماس.

قال يونج: “أتذكر بوضوح المرة الأولى التي صنعت فيها مركبًا يتعلق بـ Diboride المنجنيز”. “كنت هناك ، حملت هذه المادة الجديدة التي كان من المفترض أن تكون صعبة للغاية. بدلاً من ذلك ، بدأت تصبح ساخنة وتغييرها إلى لون برتقالي جميل. فكرت ،” لماذا هو برتقالي؟ لماذا هو متوهج؟ لا ينبغي أن يكون متوهجًا! ” وذلك عندما أدركت كيف يمكن أن تكون مركبات البورون النشطة.

المرجع: “انتهاكات التنسيق: استكشاف ديبوريديس المنتشرة عبر المعادن الانتقالية النشطة” بقلم جوزيف ت. دوان ، غريغوري إم جون ، ألما كولاكجي ، أبراهام روزنبرغ ، يرين تشانغ ، آلان أ. مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.
doi: 10.1021/jacs. 5C04066

لا تفوت اختراقًا أبدًا: انضم إلى النشرة الإخبارية ScitechDaily.