Химики создали новое высокоэнергетическое соединение для ракетного топлива

Химики из Университета Олбани разработали новое высокоэнергетическое соединение, которое может произвести революцию в ракетном топливе и сделать космические полеты более эффективными. При воспламенении соединение выделяет больше энергии относительно своего веса и объема по сравнению с современными топливами.

«В ракетах пространство ограничено, — сказал доцент химии Майкл Йен, руководивший работой. — Каждый сантиметр должен использоваться эффективно, и все на борту должно быть как можно легче. Создание более эффективного топлива с использованием нашего нового соединения означало бы, что для хранения топлива потребуется меньше места, освобождая место для оборудования, включая приборы, используемые для исследований».

Вновь синтезированное соединение, диборид марганца (MnB₂), обладает на 20% большей энергетической эффективностью по весу и примерно на 150% по объему по сравнению с алюминием, который в настоящее время используется в твердотопливных ускорителях. Несмотря на высокую энергетичность, оно также очень безопасно и воспламеняется только при контакте с инициатором горения, таким как керосин.

Синтез диборида марганца требует экстремального нагрева с помощью инструмента под названием «дуговой плавильник». Порошки марганца и бора прессуются в таблетку, которая помещается в небольшую камеру. Узкий электрический ток нагревает ее до 3000°C, после чего расплавленный материал быстро охлаждается, фиксируя структуру.

Аспирант Грегори Джон построил компьютерные модели, чтобы визуализировать молекулярную структуру диборида марганца. Эти модели выявили критическую особенность: тонкое искажение, известное как «деформация», которое придает соединению высокую потенциальную энергию.

«Наша модель соединения диборида марганца выглядит как поперечное сечение сэндвича с мороженым, где внешние «печенья» состоят из решетчатой структуры из сцепленных шестиугольников, — сказал Джон. — При ближайшем рассмотрении видно, что шестиугольники не идеально симметричны; они все немного перекошены. Этот перекос — вот где хранится энергия».

Майкл Йен добавил: «Представьте себе плоский батут; в плоском состоянии в нем нет энергии. Если я положу гигантский вес в центр батута, он растянется. Эта растяжка представляет энергию, накопленную батутом, которая высвободится, когда объект будет убран. Когда наше соединение воспламеняется, это похоже на удаление веса с батута, и энергия высвобождается».

Борная структура соединения также универсальна; связанные исследования в лаборатории Йена продемонстрировали его потенциал для создания более долговечных каталитических нейтрализаторов для автомобилей и в качестве катализатора для разложения пластиков.