کربن با مساحت یک زمین فوتبال در یک قاشق چای‌خوری: دستاورد جدید محققان کور
دانشمندان موشکی سال‌ها است که از عکس‌العمل‌های هایپرگولیک برای تأمین سوخت طیف وسیعی از فضاپیما‌ها بهره می‌برند. این عکس‌العمل‌ها میان دو ماده شیمیایی، معمولا یک سوخت و یک اکسیدکننده، رخ می‌دهد که شدت آن‌ها چنان بالاست که در صورت هدایت صحیح می‌تواند نیروی محرکه پرتاب موشک را شکل دهد. به عنوان مثال، یکی از رایج‌ترین ترکیبات در دنیای پیشرانه‌های هایپرگولیک، ترکیب هیدرازین به عنوان سوخت با اکسیدکننده نیتروژن تتروکسید است.
به نقل از نیوآتلس، در دانشگاه کور، نیکولاس چالمپس، محقق فوق‌دکتری، از عکس‌العمل‌های هایپرگولیک به روش‌های متفاوتی استفاده کرد. او در حال شکل‌دهی موادی بود که با ترکیب مواد شیمیایی گوناگون، نیرو‌های قدرت‌مندی را آزاد می‌سازند.
امانوئل جیانلیس، استاد دانشگاه کور، با ایده‌ای که این روش می‌تواند تخلخل کربن را افزایش دهد و سطح آن را گسترش داده تا در ذخیره انرژی و جذب دی‌اکسید کربن کارایی بهتری داشته باشد، همکاری با چالمپس را برای یک مطالعه تازه آغاز کرد.
چالمپس، نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید من در تلاش بودم بفهمم چگونه می‌توان این عکس‌العمل‌های ناشناخته را برای سنتز نانوساختار‌های کربنی گوناگون مهار و کنترل کرد و پس از تنظیم پارامتر‌های مختلف، فهمیدم که دستیابی به تخلخل بسیار بالا امکان‌پذیر است. تا آن زمان، این عکس‌العمل‌ها تنها در سیستم‌های موشکی، هواپیما و کاوشگر‌های فضای عمیق برای نیروی محرکه و هیدرولیک به کار می‌رفتند.
این دو محقق با حمایت گروه‌ی از دانشمندان دیگر، موفق شدند کربنی تشکیل دهند که دارای مساحت شگفت‌انگیز ۴۸۰۰ مترمربع در هر گرم است که به عبارتی تقریبا معادل یک زمین فوتبال است که روی یک قاشق چای‌خوری قرار گرفته باشد. محققان در مطالعه خود که در مجله ACS منتشر شده است، نوشتند تا آنجا که ما می‌دانیم، این بیش‌ترین مقدار گزارش‌شده در مقالات تا کنون است.
پنج حلقه کربنی
کلید موفقیت این ماده به این حقیقت برمی‌گردد که عکس‌العمل هایپرگولیک لوله‌های کربنی تشکیل می‌دهد که دارای غلظت بالایی از حلقه‌های مولکولی ساخته شده از پنج اتم کربن به جای شش اتم معمول هستند. این امر باعث تغییر زوایای پیوند‌ها در سطح مولکولی شده و به پایداری لوله‌ها می‌افزاید.
در این عکس‌العمل، لوله‌ها خود را در امتداد قالبی که توسط محققان شکل داده شده بود، جمع کردند تا ساختار را بسازند. در نهایت، ساختار حاصل با هیدروکسید پتاسیم پوشانده شد که ساختار‌های کمتر پایدار را از بین برد و هزاران منافذ می‌کروسکوپی را جایگزین کرد.
پس از تشکیل این ماده، محققان آن را آزمایش کردند تا می‌زان دی‌اکسید کربنی را که می‌تواند از جو جدا کند، بسنجند. نتیجه نشان داد که تنها در دو دقیقه توانست ۹۹ درصد از کل ظرفیت خود را جذب نماید؛ این بازده‌ی، کارایی محصولات کربن فعال رایج را تقریبا دو برابر می‌کند. همچنین مشخص شد که توانایی ذخیره انرژی این ماده چهار برابر کربن‌های فعال تجاری موجود است و چگالی انرژی حجمی آن ۶۰ وات‌ساعت بر لیتر می‌باشد.
چالمپس می‌گوید این رویکرد یک استراتژی جایگزین برای طراحی و سنتز مواد مبتنی بر کربن به‌اختصاص در کاربرد‌هایی که نیاز به کارایی فضایی دارند، ارائه می‌دهد.
پر بیننده ترین سایت خبری تحلیلی فارسی زبان جهان ,اخبار سیاسی اخبار فرهنگ وهنر اخبار اجتماعی اخبار اقتصادی اخبار ورزشی و تکنولوژی را در سایت خبری تاشکن بخوانید.