جا دادن یک زمین فوتبال روی یک قاشق چای خوری!

به گزارش ایسنا، دانشمندان موشکی سال هاست که از چیزی به نام واکنش های هایپرگلیک(hypergolic) به عنوان سوخت برای طیف وسیعی از فضاپیماها استفاده می کنند. این واکنش ها بین دو ماده شیمیایی که معمولا یک سوخت و یک اکسیدکننده است، صورت می گیرد که آنقدر شدید هستند که اگر به درستی هدایت شوند، می توانند نیروی محرکه پرتاب موشک را ایجاد کنند. به عنوان مثال، یکی از رایج ترین ترکیبات در دنیای پیشرانه های هایپرگلیک، مخلوط کردن هیدرازین سوخت با اکسید کننده نیتروژن تتروکسید است.

به نقل از نیواطلس، در دانشگاه کرنل، نیکولاس چالمپس(Nikolaos Chalmpes)، محقق فوق دکتری، از واکنش های هایپرگولیک به شیوه ای متفاوت استفاده کرد. او در حال ایجاد مواد از نیروهای قدرتمندی بود که با ترکیب مواد شیمیایی مختلف آزاد می شوند.

امانوئل جیانلیس(Emmanuel Giannelis)، استاد دانشگاه کرنل، با تصور اینکه چنین روشی ممکن است به افزایش تخلخل کربن کمک کند، و سطح آن را افزایش داده و آن را در ذخیره انرژی و جذب دی اکسید کربن بهتر کند، کار با چالمپس را بر روی یک مطالعه جدید آغاز کرد.

چالمپس، نویسنده اصلی این مطالعه می گوید: من در تلاش بودم تا بفهمم چگونه می توان این واکنش های ناشناخته را برای سنتز نانوساختارهای کربنی مختلف مهار و کنترل کرد و پس از تنظیم پارامترهای مختلف، متوجه شدم که ممکن است بتوانیم به تخلخل فوق العاده بالا دست یابیم. تا آن زمان، این واکنش ها فقط در سیستم های موشکی و هواپیما، و کاوشگرهای فضای عمیق برای نیروی محرکه و هیدرولیک استفاده می شدند.

این دو، با کمک گروهی از دانشمندان دیگر، موفق شدند. آنها کربنی ایجاد کردند که دارای مساحت شگفت انگیز 4800 متر مربع در هر گرم است که به گفته آنها تقریبا معادل یک زمین فوتبال است که روی یک قاشق چای خوری قرار بگیرد. محققان در مطالعه خود که در مجله ACS Nano منتشر شده است، نوشتند: تا جایی که ما می دانیم، این بالاترین میزان گزارش شده در مقالات تا کنون است.

پنج حلقه کربنی

کلید موفقیت این ماده به این واقعیت برمی گردد که واکنش هایپرگلیک لوله های کربنی ایجاد می کند که دارای غلظت بالایی از حلقه های مولکولی ساخته شده از پنج اتم کربن به جای شش اتم معمول هستند. این باعث تغییر زوایای پیوندها در سطح مولکولی شده و به پایداری لوله ها می افزاید.

در این واکنش، لوله ها خود را در امتداد قالبی که توسط محققان ایجاد شده بود جمع کردند تا شکل ساختار را بسازند. در نهایت، ساختار حاصل با هیدروکسید پتاسیم پوشانده شد که ساختارهای کمتر پایدار را از بین ببرد و هزاران منافذ میکروسکوپی به جای بگذارد.

پس از ایجاد این ماده، محققان آن را آزمایش کردند تا ببینند چه مقدار دی اکسیدکربن را می تواند از جو جدا کند. نتیجه این بود که تنها در دو دقیقه توانست 99 درصد از کل ظرفیت خود را دریافت کند، این موضوع، بازدهی محصولات کربن فعال فعلی را تقریبا دو برابر می کند. همچنین نشان داده شد که توانایی ذخیره انرژی را چهار برابر بیشتر نسبت به کربن های فعال تجاری موجود دارد و چگالی انرژی حجمی آن 60 وات ساعت بر لیتر است.

چالمپس می گوید: این رویکرد یک استراتژی جایگزین برای طراحی و سنتز مواد مبتنی بر کربن به ویژه در کاربردهایی که نیاز به کارایی فضایی دارند، ارائه می کند.

انتهای پیام