.png)
7 hours ago
19
ARTICLE AD
Raziskovalci Univerze v Albanyju so uspeli sintetizirati novo kemično spojino, ki bi lahko v prihodnosti pomembno vplivala na vesoljska potovanja. Kot poroča univerza, gre za manganov diborid (MnB₂), ki sprosti bistveno več energije kot trenutno uporabljeni aluminij, pri čemer ostaja varen za uporabo. Njihova študija je bila objavljena v ugledni reviji Journal of the American Chemical Society.
Docent kemije Michael Yeung, čigar laboratorij je vodil raziskavo, je ob tem poudaril: „V raketnih ladjah je prostor zelo omejen. Vsak centimeter mora biti učinkovito zapakiran in vse na krovu mora biti čim lažje. Ustvarjanje učinkovitejšega goriva z uporabo naše nove spojine bi pomenilo manj prostora za shranjevanje goriva, kar bi sprostilo prostor za opremo, vključno z instrumenti, ki se uporabljajo za raziskave. Na povratnem potovanju bi to lahko pomenilo več prostora za prevoz vzorcev domov.“
Po podatkih raziskovalne skupine ima manganov diborid za več kot 20 odstotkov več energije na enoto teže in približno 150 odstotkov več energije na enoto prostornine v primerjavi z aluminijem, ki se trenutno uporablja v trdnih raketnih pospeševalnikih. Poleg tega je spojina varna: zgori le ob stiku z vžigalnim sredstvom, kot je kerozin.
Osnovna struktura na osnovi bora je po navedbah Yeungove skupine vsestranska. Vzporedne raziskave v istem laboratoriju so pokazale, da bi se lahko uporabljala tudi pri razvoju trpežnejših katalizatorjev za avtomobile in celo pri katalitični razgradnji plastike.
Preboj po več desetletjih
Borove spojine, zlasti diboridi, so kemikom znane že od šestdesetih let prejšnjega stoletja, a jih do zdaj ni bilo mogoče proizvesti v čisti obliki. Doktorski študent Joseph Doane, član raziskovalne skupine, je pojasnil: „Od teh prvih iskanj nam nove tehnologije omogočajo, da dejansko sintetiziramo kemične spojine, za katere smo nekoč le domnevali, da obstajajo.“
Po njegovih besedah so raziskovalci dolgo predvidevali, da bo manganov diborid strukturno asimetričen in nestabilen – lastnosti, ki mu dajejo visoko energijo. „Uspešna sinteza čistega manganovega diborida je sama po sebi vznemirljiv dosežek. In zdaj ga lahko eksperimentalno preizkusimo in odkrijemo nove načine za njegovo uporabo,“ je dodal Doane.
Kako nastane manganov diborid
Sinteza nove spojine je mogoča le pri ekstremnih temperaturah, ki jih doseže obločni talilnik. Najprej raziskovalci stisnejo mešanico manganovega in borovega prahu v majhen pelet. Nato jo v ojačani stekleni komori segreje električni tok do približno 3000 °C. Material se po taljenju hitro ohladi, da se zaklene struktura.
Na atomski ravni to povzroči, da se osrednji atom mangana veže na preveč borovih atomov, zaradi česar nastane prenatrpana, „stisnjena“ struktura, podobna vijačni vzmeti.
Doktorski študent Gregory John je skupaj z računalniškim kemikom Alanom Chenom izdelal računalniške modele za vizualizacijo strukture. „Naš model manganove diboridne spojine je videti kot prečni prerez sendviča s sladoledom, kjer so zunanji piškoti izdelani iz mrežaste strukture šesterokotnikov,“ je opisal John.
A šesterokotniki niso povsem simetrični, temveč rahlo poševni. „Temu pravimo ‘deformacija’. Z merjenjem stopnje deformacije lahko določimo količino energije, shranjene v materialu,“ je pojasnil.
Yeung je dodal primerjavo: „Predstavljajte si raven trampolin; ko nanj postavite težo, se raztegne. Ko težo odstranite, se energija sprosti. Enak proces velja pri naši spojini – deformacija pomeni skladiščeno energijo, ki se ob vžigu sprosti.“
Pomen za prihodnost
Izredni profesor kemije Alan Chen je poudaril, da imajo spojine na osnovi bora posebne lastnosti, zaradi katerih se obnašajo drugače od obstoječih materialov. „Nenehno si prizadevamo ugotoviti, katere so te lastnosti in vedenja. Tovrstno iskanje je v središču kemije materialov, kjer ustvarjanje trših, močnejših in ekstremnejših materialov zahteva ustvarjanje povsem novih kemikalij,“ je dejal Chen.
Novi dosežek se zato ne omejuje zgolj na vesoljsko industrijo, temveč bi lahko imel posledice tudi pri razvoju katalizatorjev in tehnologij recikliranja plastike.
Yeung je razkril, da ga je zanimanje za borove spojine spremljalo že v času podiplomskega študija na Univerzi v Kaliforniji. „Jasno se spominjam, ko sem prvič naredil spojino, sorodno manganovemu diboridu. Namesto da bi bila trda kot diamant, se je začela segrevati in žarela oranžno. Takrat sem spoznal, kako energične so lahko borove spojine. To odkritje me je vodilo do raziskav, ki jih izvajamo danes,“ je dejal.
Njegova skupina na Univerzi v Albanyju je zdaj dokazala, da je možno proizvesti in preizkusiti manganov diborid. Znanstveniki verjamejo, da bi lahko ta preboj prispeval k razvoju učinkovitejšega in varnejšega goriva za raketne polete ter odpiral nove poti v raziskovanju materialov.
Foto: Pixabay/WikiImages/fotografija je simbolna
Morda vas zanima tudi
Objava Ameriški kemiki ustvarili novo spojino za učinkovitejše raketno gorivo je bila najprej objavljena na Portal24.
English (US)