Wetenschap is net een beetje koeler geworden in het Air Force Research Laboratory. Met behulp van een heliumdruppelmethode die moleculaire soorten afkoelt tot bijna het absolute nulpunt, onderzoekers van de Turbine Engine Division van het Directoraat Lucht- en Ruimtevaartsystemen kunnen koolstofclusters zien, inclusief roetprecursoren bij verbranding, op een geheel nieuwe manier.

"Ons AFRL-team scoorde onlangs een belangrijke doorbraak en waren de eerste mensen die het spectrum van de C . zagen ₃ molecuul bij record lage temperaturen [-272,78 graden C], " zei dr. William Lewis, AFRL Senior Research Chemist bij de Turbine Engine Division, Directoraat Lucht- en Ruimtevaartsystemen. de C ₃ molecuul is een roetvoorloper die vaak wordt aangetroffen in vlammen, explosies, en andere verbrandingsprocessen, evenals astronomische lichamen zoals kometen en sterren. Deze ontdekking is de sleutel tot het verbeteren van een verscheidenheid aan modellen die worden gebruikt in toepassingen voor voortstuwing en ruimtevaart, hij zei.

Een paar jaar geleden, de Fuels and Energy Branch raakte geïnteresseerd in koolstof vanuit het oogpunt van voortstuwing. Vanaf dat moment, AFRL-onderzoekers hebben snel een nieuwe onderzoekscapaciteit ontwikkeld om de energie en structuren van koolstofclusters te meten.

"Het is een manier om de chemie te bevriezen, Lewis zei. "Hierdoor kunnen we alles vertragen. Het laat ons nemen wat normaal te snel zou zijn om zelfs maar te zien, bewaar het dan lang genoeg om het te zien op een voor mensen waarneembare of voor mensen meetbare tijdschaal."

"Normaal gesproken, als je koolstof krijgt, het is erg heet en andere dingen willen er niet aan blijven plakken, en je kunt die interactie niet vastleggen en de fundamentele stappen van de chemie onderzoeken. Als je het koud genoeg krijgt, dan kun je het koolstofmolecuul waarin je geïnteresseerd bent samenbrengen met een botsingspartner die belangrijk zou zijn voor welke toepassing dan ook die je probeert te begrijpen, " zei Lewis.

Echter, het team ontdekte dat het niet alleen ging om het afkoelen van de koolstofmoleculen tot zulke lage temperaturen. Eerdere pogingen om C . te bestuderen ₃ roetprecursoren verdampten de C ₃ en vervolgens opgesloten in vast neon- of argonijs. Dit was een probleem bij het bestuderen van voorloperstructuren en chemische interacties omdat de moleculen niet in het ijs kunnen bewegen.

AFRL's methode is gebaseerd op het onderdompelen van het molecuul in een heliumvloeistof, waardoor het molecuul nog steeds kan bewegen en roteren. Een ander belangrijk voordeel van de nieuwe methode is dus de mogelijkheid om interacties met andere moleculen te onderzoeken en de structuren die ze samen maken te bestuderen. Dit is iets dat onderzoekers niet eerder hebben kunnen doen.

"Het kan nog steeds wiebelen. De methode kan dingen afkoelen, maar ze afkoelen op een manier dat ze de moleculaire structuur niet echt verstoren, terwijl we infraroodspectroscopie gebruiken om de moleculen te bestuderen, " voegde Lewis eraan toe.

De mogelijkheden zijn eindeloos. Een logisch gevolg zou zijn om deze gegevens en gegevens van vervolgexperimenten te gebruiken waar ze interageren met verbrandingsrelevante en ruimtechemiemoleculen en die gegevens te gebruiken om de huidige chemiemodellen te verbeteren.

"Of het nu gaat om een ​​brandstoftoepassing in termen van de emissies die uit een verbrandingskamer komen, of het een of andere chemie is die in de ruimte zal plaatsvinden, welke stroom er gaat gebeuren rond een ruimtevoertuig dat terugkeert, je moet de fundamentele stappen in de chemie kunnen begrijpen. Dit helpt ons om dat te doen, want dan kunnen we de moleculen waarin we geïnteresseerd zijn, samenbrengen, en laat ze met elkaar praten en luister dan gewoon mee naar het gesprek, " voegde Lewis eraan toe.

In de gemeenschap van turbinemotoren een verbeterd chemiemodel zou de roetuitstoot in emissies kunnen verminderen en mogelijk de verbrandingsefficiëntie verbeteren. De gemeenschap van ruimtevoertuigen zou een andere uitbetaling zien. Koolstofmoleculen die uit ruimtevoertuigen verdampen, reageren met de omringende lucht, het creëren van hun eigen type verbranding tijdens terugkeer. De chemie in de stromingslagen rond het voertuig verandert hoe het vliegt. Verbeterde chemische modellen kunnen leiden tot een verbeterd vermogen om het voertuig te besturen bij terugkeer.