Kimiawi Ualbany menciptakan mangan diborangide, bahan energi tinggi dengan potensi bahan bakar roket dan teknologi baru.
Kimiawan di Universitas di Albany telah mengembangkan senyawa energi tinggi yang dapat mengubah bahan bakar roket dan membuat perjalanan ruang lebih efisien. Saat dihidupkan, senyawa ini menghasilkan lebih banyak energi per unit berat dan volume daripada propellan saat ini.
Untuk roket, ini berarti bahwa lebih sedikit bahan bakar akan diperlukan untuk mencapai durasi misi atau kapasitas beban yang sama, meninggalkan lebih banyak ruang untuk peralatan dan persediaan penting. Penelitian ini diterbitkan di Jurnal American Chemical Society.
“Di kapal roket, ruangan itu sangat premium,” kata Asisten Profesor Kimia Michael Yeung, yang labnya memimpin pekerjaan itu. “Setiap inci harus dikemas secara efisien, dan segala sesuatu yang ada di kapal harus seringan mungkin. Membuat bahan bakar yang lebih efisien menggunakan senyawa baru kami, kami akan berarti lebih sedikit ruang yang dibutuhkan untuk penyimpanan bahan bakar, membebaskan ruang untuk peralatan, termasuk instrumen yang digunakan untuk penelitian. Pada perjalanan, ini dapat berarti lebih banyak ruang tersedia untuk membawa sampel ke rumah.”
Senyawa, mangan dribbled (MNB2), lebih dari 20% lebih tinggi dalam kepadatan energi berdasarkan berat dan sekitar 150% lebih tinggi berdasarkan volume dibandingkan dengan aluminium, yang saat ini digunakan dalam penguat roket padat. Terlepas dari potensinya, itu sangat stabil dan hanya menyala ketika terkena sumber pengapian seperti minyak tanah.
Di luar propulsi roket, struktur MNB2 berbasis boron menunjukkan potensi yang luas. Pekerjaan pertunjukan Laboratorium Yeung juga dapat memperkuat konverter katalitik di dalam mobil dan bertindak sebagai katalis untuk memecahkan plastik.
Dibutuhkan panas untuk membuatnya panas
Diboraride Mangan adalah bagian dari sekelompok senyawa kimia yang telah lama diduga memiliki sifat yang tidak biasa, tetapi kemajuan dalam pembelajaran telah dibatasi oleh tantangan untuk benar -benar menghasilkan materi.
“Diboranides pertama kali mulai mendapat perhatian di tahun 1960 -an,” kata mahasiswa PhD Ualbany Joseph Doane, yang bekerja dengan Yeung. “Karena penampilan awal ini, teknologi baru memungkinkan kita untuk benar -benar mensintesis senyawa kimia yang hanya dihipotesiskan.
Mengetahui apa yang kami lakukan tentang unsur -unsur di atas meja periodik, kami menduga bahwa mangan di mangan akan menjadi asimetris struktural dan tidak stabil -faktor yang akan membuatnya sangat energik -tetapi sampai sekarang, kami tidak dapat mengujinya karena tidak dapat dilakukan. Sekarang, kita dapat melakukan tes yang dapat diuji dengan itu sendiri.
Memproduksi Diborangide Mangan membutuhkan panas ekstrem, diproduksi oleh perangkat yang dikenal sebagai “Bow Melter.” Untuk memulai, bubuk mangan dan boron ditekan ke dalam pelet dan disegel dalam ruang kaca yang diperkuat. Arus listrik sempit kemudian diarahkan pada pelet, memanaskannya hingga hampir 3.000 ° C (lebih dari 5.000 ° F). Cairan dengan cepat didinginkan untuk melestarikan strukturnya. Pada skala atom, proses ini memaksa mangan pusat atom Untuk mengikat dengan lebih banyak atom dari biasanya, menciptakan pengaturan yang penuh sesak dengan rapat seperti pegas melingkar.
Buka kunci struktur melalui deformasi
Saat menjelajahi senyawa kimia baru, secara fisik mampu menghasilkan senyawa yang sangat penting. Anda juga harus dapat mendefinisikan struktur molekul untuk lebih memahami mengapa itu berperilaku seperti itu.
Siswa PhD Ualbany Gregory John, yang bekerja dengan ahli kimia komputasi Alan Chen, membangun model komputer untuk memvisualisasikan struktur mangan mangan mangan mangan diiboride. Model -model ini mengungkapkan sesuatu yang kritis: kemiringan halus, yang dikenal sebagai “deformasi,” yang memberikan senyawa energi potensial tinggi.
“Model kami dari kompleks di kompleks mangan terlihat seperti sandwich es krim, di mana kue luar terbuat dari struktur kisi yang terdiri dari segi enam yang saling terkait,” kata John. “Ketika Anda melihat lebih dekat, Anda dapat melihat bahwa segi enam tidak sempurna simetris; mereka semua sedikit miring. Inilah yang kami sebut 'deformasi.' Dengan mengukur tingkat deformasi, kita dapat menggunakan ukuran itu sebagai proxy untuk menentukan jumlah energi yang disimpan dalam material.
Ini adalah cara lain untuk membayangkannya.
“Bayangkan sebuah trampolin datar; tidak ada energi di sana ketika datar,” kata Yeung. “Jika saya menaruh berat raksasa di tengah trampolin, itu akan meregang. Peregangan mewakili energi yang disimpan oleh trampolin, yang akan dilepaskan ketika objek dihilangkan. Ketika senyawa kita menyala, itu seperti menghilangkan berat trampolin dan energi dilepaskan.”
Bahan -bahan baru membutuhkan senyawa baru
“Ada konsensus di antara ahli kimia bahwa senyawa berbasis boron harus memiliki sifat -sifat yang tidak biasa yang membuat mereka berperilaku tidak seperti senyawa lain,” kata Associate Professor of Chemistry Alan Chen. “Ada pencarian berkelanjutan untuk mencari tahu apa sifat dan perilaku. Pengejaran semacam ini adalah jantung bahan kimia, di mana menciptakan bahan ekstrem yang lebih keras dan lebih kuat membutuhkan bahan kimia baru. Inilah yang Anda temukan dengan laboratorium yang dapat meningkatkan roket, konverter katalitik, dan bahkan proses menerima kembali.
“Penelitian ini juga merupakan contoh yang baik dari proses ilmiah, di mana para peneliti mengejar sifat -sifat kimia yang menarik bahkan ketika mereka tidak yakin aplikasi spesifik apa yang mungkin muncul. Terkadang, termasuk kasus saat ini, hasilnya kebetulan.”
Minat Yeung pada kompleks boron dimulai ketika dia masih mahasiswa pascasarjana di University of California, Los Angeles. Proyek ini bertujuan untuk menemukan senyawa lebih keras dari berlian.
“Saya ingat dengan jelas saat pertama kali saya membuat kompleks yang terkait dengan Mangan Diborida,” kata Yeung. “Di situlah aku, memegang materi baru ini yang seharusnya sangat sulit. Sebaliknya, mulai menjadi panas dan diubah menjadi warna oranye yang memadai. Kupikir, 'Kenapa oranye? Mengapa menembak? Seharusnya tidak bersinar!' Saat itulah saya menyadari betapa senyawa boron yang energik itu.
Referensi: “Pelanggaran Koordinasi: Menjelajahi Diborida Metastable Melalui Logam Transisi Energetik” oleh Joseph T. Doane, Gregory M. John, Alma Kolakji, Abraham A. Rosenberg, Yiren Zhang, Alan A. Chen dan Michael T. Yeung, 2 Mei 2025, Jurnal American Chemical Society.
Doi: 10.1021/jacs. 5C04066
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
NewsRoom.id
