Der Kraftstoff wurde unbrennbar gemacht: Dazu wurde er in ein Hydrogel umgewandelt

Die Entwickler dachten über den Prozess nach, Ethanol, einen gängigen flüssigen Kraftstoff, in einem chemisch vernetzten Gel zu speichern

Poly-(N-isopropylacrylamid).Sie testeten, ob das Einfangen von Ethanolmolekülen in den langen und chemisch miteinander verflochtenen Polymerketten von PNIPAAm dazu beitrug, die Verdunstungsrate zu reduzieren. Um dies zu testen, stellten die Forscher kleine mit Ethanol gefüllte Kugeln aus PNIPAAm-Gel her und legten sie auf eine elektronische Waage, um aufzuzeichnen, wie sich die Masse beim Verdampfen des Ethanols veränderte. Sie führten dieses Experiment auch mit einer äquivalenten Dosis Ethanol durch, die ungefähr die gleiche Oberfläche und Masse wie die Gelkugel hatte.

Sie fanden heraus, dass Ethanol in einem Polymer gespeichert wirdGel unterdrückt die Tendenz des Kraftstoffs, schnell zu verdunsten, vollständig. Das liegt wahrscheinlich daran, dass die Ethanolmoleküle im Gel „gefangen“ sind, wie Professor Hosoya erklärt: „Ein Polymergel enthält unzählige dreidimensionale Polymerketten, die chemisch hochvernetzt sind. Diese Ketten verbinden die Ethanolmoleküle durch verschiedene physikalische Wechselwirkungen und begrenzen dabei die Verdunstung." Interessanterweise verhält sich das geladene Gel nicht wie ein nasses Handtuch. Während ein nasses Handtuch beim Zusammendrücken Flüssigkeit abgibt, setzt das Polymergel kein Ethanol frei, wenn es äußeren Kräften ausgesetzt wird.

Nachdem das Problem der Verdunstung gelöst war, ging das Team weiter zuUntersuchung der tatsächlichen Verbrennungseigenschaften von Ethanol in einem Polymergelnetzwerk, um zu sehen, ob sie effizient verbrennen. Sie entzündeten mit Ethanol gefüllte Gelkügelchen unterschiedlicher Größe und beobachteten ihre Massen- und Formprofile in Echtzeit. Auf dieser Grundlage stellten sie fest, dass die Verbrennung der beladenen PNIPAAm-Gelkugeln aus zwei Phasen bestand: einer Phase, die von der Verbrennung von reinem Ethanol dominiert wurde, gefolgt von einer zweiten Phase, die von der Verbrennung des PNIPAAm-Polymers selbst dominiert wurde.

Durch anschließende theoretische AnalyseAus diesen Ergebnissen gelangte das Team zu einer wichtigen Schlussfolgerung: Die erste und Hauptverbrennungsphase der beladenen PNIPAAm-Gelkugeln folgt einem Tröpfchenmodell mit konstanter Temperatur. Das bedeutet, dass die Verbrennung von Gel mit Ethanol durch das gleiche Modell wie für Tröpfchen flüssigen Kraftstoffs beschrieben werden kann, was darauf hindeutet, dass ihre Verbrennungseigenschaften ähnlich sein sollten.

„Die Lagerung von Polymergel kann verhindernExplosionen und Brände aufgrund einer starken Verringerung der Kraftstoffverdunstung und damit der Bildung brennbarer Gasgemische, die durch ein Leck in der Lageranlage leicht entstehen können“, erklärt Professor Hosoya.

Flüssigbrennstoff mit hoher Energiedichtenotwendig in vielen Anwendungen, in denen chemische Energie in kontrollierte Bewegung umgewandelt wird, wie z. B. in Raketen, Gasturbinen, Kesseln und einigen Fahrzeugmotoren. Neben den Verbrennungseigenschaften und der Leistung ist es auch wichtig, die Sicherheit und Stabilität dieser Kraftstoffe während des Gebrauchs sowie während des Transports und der Lagerung zu gewährleisten.

Eine der häufigsten Gefahren bei der Arbeit mitflüssiger Brennstoff ist, dass er auf engstem Raum schnell verdampfen kann und Wolken aus brennbaren Gasen bildet. Dies kann Explosionen oder Brände verursachen. Um dieses Problem zu lösen, erwogen die Forscher die Möglichkeit, verdickte Kraftstoffe oder Kraftstoffe zu verwenden, die sich bei niedrigen Temperaturen in dicke gelartige Substanzen verwandeln. Leider müssen noch viele Aspekte optimiert und Hürden überwunden werden, bevor gelierte Kraftstoffe über die Forschungsphase hinausgehen können.

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