新型高能火箭燃料實現更輕、更長的飛行距離

一種新的高能量化合物被合成,具有改善火箭燃料效率的潛力。來自美國阿爾巴尼大學的化學家們成功合成了二硼化錳(MnB2)化合物。這一化合物相較於現有燃料,其釋放的能量在重量和體積上均更為優越,這可能使太空飛行變得更為高效和具成本效益。根據研究,MnB2在重量上比當前固體火箭助推器中使用的鋁更具能量,增幅超過20%;而在體積上則高達150%。這意味著火箭能在同樣的性能下使用更少的燃料,從而為更多關鍵任務物資和設備騰出空間。

該研究小組指出,高能量化合物僅在接觸到點火劑時才會燃燒,例如煤油。這一特性使得火箭能夠在保持性能的同時,減少燃料需求。阿爾巴尼大學的化學助理教授Michael Yeung表示:「在火箭中,空間是極其寶貴的。每一寸空間都必須有效利用,所有設備都必須盡可能輕便。」Yeung實驗室的弧熔爐合成了二硼化錳,其過程涉及到極端的化學反應。錳和硼的粉末被壓制成顆粒後,經過極高達3,000°C的高溫熔融,最終迅速冷卻以鎖定獨特的原子結構。

在這種結構中,一個中央的錳原子與許多其他原子異常地結合,形成一種過度擁擠和緊張的配置,類似於一個緊緊捲曲的彈簧,隨時準備釋放能量。阿爾巴尼大學的博士生Joseph Doane表示:「成功合成純二硼化錳本身就是一個令人興奮的成就。現在,我們可以進行實驗測試,探索新的應用方式。」

此外,關於該化合物性能的進一步洞見來自於由博士生Gregory John和計算化學家Alan Chen主導的計算建模。這些模型揭示了分子結構中的一種微妙的「變形」,顯示出原子傾斜,這直接解釋了材料中儲存的高潛能能量。John描述道:「我們的二硼化錳化合物模型看起來像是一個冰淇淋三明治的橫截面,外圍的餅乾由一種由互鎖六邊形組成的晶格結構構成。」他進一步解釋,這些六邊形並非完全對稱,而是都有些傾斜,這正是所謂的「變形」,而這種變形的程度可以作為衡量材料中儲存能量的一個指標。

這種多功能的基於硼的結構也正在探討其在製造更耐用的汽車催化轉換器以及作為分解塑料的催化劑中的潛力。這項研究強調了科學突破如何在意想不到的情況下發生。


Henderson
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