Ny metode giver første kig på superkolde kulstofmolekyler

Videnskaben blev lige lidt køligere i Air Force Research Laboratory. Ved hjælp af en heliumdråbe -metode, der nedkøler molekylære arter til næsten absolut nul, forskere i Aerospace Systems Directorates Turbine Engine Division kan se kulstofklynger, herunder sodforstadier ved forbrænding, på en helt ny måde.

"Vores AFRL -team scorede for nylig et vigtigt gennembrud og var de første mennesker, der så spektret af C ₃ molekyle ved rekord lave temperaturer [-272,78 grader C], "sagde Dr. William Lewis, AFRL Senior Research Chemist med Turbine Engine Division, Aerospace Systems Directorate. C ₃ molekyle er en sodforløber, der ofte findes i flammer, eksplosioner, og andre forbrændingsprocesser, samt astronomiske kroppe som kometer og stjerner. Denne opdagelse er nøglen til at forbedre en række forskellige modeller, der bruges til fremdrifts- og rumkøretøjsapplikationer, han sagde.

Et par år siden, Brændstof og energigren blev interesseret i kulstof fra fremdriftssynpunkt. Siden da, AFRL -forskere har hurtigt udviklet en ny forskningskapacitet til at måle energikilder og strukturer i kulstofklynger.

"Det er en måde at fryse kemi på, "Sagde Lewis." Dette lader os bremse alting. Det lader os tage det, der normalt ville være for hurtigt til selv at se, bevar den derefter længe nok til at se den på en menneskelig eller mærkbar tidsskala. "

"Normalt, når du får kulstof, det er meget varmt, og andre ting vil ikke holde fast i det, og du kan ikke fange den interaktion og undersøge kemiens grundlæggende trin. Hvis du får det koldt nok, så kan du bringe det kulstofmolekyle, du er interesseret i, sammen med en kollisionspartner, der ville være vigtig for enhver applikation, du prøver at forstå, "sagde Lewis.

Imidlertid, teamet opdagede, at det ikke kun handlede om at afkøle kulstofmolekylerne til så lave temperaturer. Tidligere forsøg på at studere C ₃ sodforstadier fordampede C ₃ og derefter fanget den i fast neon- eller argonis. Dette var et problem, når man studerede precursorstrukturer og kemiske interaktioner, fordi molekylerne ikke kan bevæge sig i isen.

AFRLs metode bygger på nedsænkning af molekylet i en heliumvæske, så molekylet stadig kan bevæge sig og rotere. Så en anden vigtig fordel ved den nye metode er evnen til at undersøge interaktioner med andre molekyler og studere de strukturer, de laver sammen. Dette er noget, forskere ikke har været i stand til før.

"Det kan stadig vrikke. Metoden er i stand til at afkøle tingene - men afkøle dem på en måde, så de ikke forstyrrer molekylstrukturen, mens vi bruger infrarød spektroskopi til at studere molekylerne, "Tilføjede Lewis.

Mulighederne er uendelige. En logisk konsekvens ville være at bruge disse data og data fra opfølgende eksperimenter, hvor de interagerer det med forbrændingsrelevante og rumkemiske molekyler og bruger disse data til at forbedre nuværende kemimodeller.

"Uanset om det er en brændstofanvendelse med hensyn til emissioner, der kommer ud af en brænder, om det er noget kemi, der kommer til at ske i rummet, hvilken strømning vil ske omkring et genindførende rumkøretøj, du skal være i stand til at forstå fundamentets trin i kemi. Dette hjælper os med at gøre det, for så kan vi tage de molekyler, vi er interesserede i, og bringe dem sammen, og lad dem tale med hinanden og derefter bare lytte til samtalen, "Tilføjede Lewis.

I turbinemotorsamfundet, en forbedret kemimodel kan reducere soddannelse i emissioner og muligvis forbedre forbrændingseffektiviteten. Rumfartøjsfællesskabet ville se en anden gevinst. Kulmolekyler, der fordamper fra rumfartøjer, reagerer med den omgivende luft, skaber deres egen type forbrænding under genindtræden. Kemien i flowlagene omkring køretøjet ændrer, hvordan den flyver. Forbedrede kemiske modeller kan føre til en forbedret evne til at kontrollere køretøjet ved genindtræden.