(Phys.org)—Wetenschappers hebben de explosie van een gemodificeerd buckminsterfullereenmolecuul (C ₆₀ ), beter bekend als een buckyball, en toonde aan dat de reactie binnen een fractie van een seconde een enorme toename van temperatuur en druk veroorzaakt. Het explosief op nanoschaal, die de wetenschappers een "buckybomb, " behoort tot het opkomende gebied van hoogenergetische nanomaterialen die een verscheidenheid aan militaire en industriële toepassingen kunnen hebben.

De onderzoekers, Vitaly V. Chaban, Eudes Eterno Fileti, en Oleg V. Prezhdo aan de Universiteit van Zuid-Californië in Los Angeles, hebben een artikel gepubliceerd over de gesimuleerde buckybomb-explosie in een recent nummer van The Journal of Physical Chemistry Letters . Chaban is ook verbonden aan de Federale Universiteit van São Paulo, Brazilië.

De buckybomb combineert de unieke eigenschappen van twee klassen materialen:koolstofstructuren en energetische nanomaterialen. Koolstofmaterialen zoals C ₆₀ kunnen vrij gemakkelijk chemisch worden gewijzigd om hun eigenschappen te veranderen. In de tussentijd, NEE ₂ Het is bekend dat groepen bijdragen aan detonatie- en verbrandingsprocessen omdat ze een belangrijke bron van zuurstof zijn. Dus, de wetenschappers vroegen zich af wat er zou gebeuren als NEE ₂ groepen waren gehecht aan C ₆₀ moleculen:zou het hele ding ontploffen? En hoe?

De simulaties beantwoordden deze vragen door de explosie stap voor stap te onthullen. Beginnend met een intacte buckybomb (technisch dodecanitrofullereen genoemd, of C ₆₀ (NEE ₂ ) ₁₂ ), de onderzoekers verhoogden de gesimuleerde temperatuur tot 1000 K (700 °C). Binnen een picoseconde (10 ^-12 tweede), de nee ₂ groepen beginnen te isomeriseren, hun atomen herschikken en nieuwe groepen vormen met enkele van de koolstofatomen van de C ₆₀ . Naarmate er nog een paar picoseconden verstrijken, de C ₆₀ structuur verliest een deel van zijn elektronen, die interfereert met de banden die het bij elkaar houden, en, in een oogwenk, het grote molecuul valt uiteen in vele kleine stukjes diatomisch koolstof (C ₂ ). Wat overblijft is een mengsel van gassen inclusief CO ₂ , NEE ₂ , en N ₂ , evenals C ₂ .

Hoewel deze reactie een initiële warmtetoevoer vereist om op gang te komen, als het eenmaal draait, geeft het een enorme hoeveelheid warmte af voor zijn grootte. Binnen de eerste picoseconde, de temperatuur stijgt van 1000 tot 2500 K. Maar op dit punt is het molecuul onstabiel, dus extra reacties in de volgende 50 picoseconden verhogen de temperatuur tot 4000 K. Bij deze temperatuur, de druk kan oplopen tot 1200 MPa (meer dan 10, 000 keer normale atmosferische druk), afhankelijk van de dichtheid van het materiaal.

chemisch gesproken, de wetenschappers leggen uit dat de warmte-energie afkomstig is van de hoge dichtheid van covalente energie die wordt opgeslagen door de koolstof-koolstofbindingen in de C ₆₀ . Omdat de NEE ₂ groepen initiëren de reactie, meer NEE toevoegen ₂ groepen verhoogt de hoeveelheid energie die vrijkomt tijdens de explosie. Het kiezen van een geschikt aantal van deze groepen, evenals het veranderen van de samengestelde concentratie, bieden manieren om de explosiesterkte te beheersen.

De onderzoekers voorspellen dat deze snelle afgifte van chemische energie opwindende mogelijkheden zal bieden voor het ontwerp van nieuwe hoogenergetische nanomaterialen.

© 2015 Fys.org