Bränslet gjordes obrännbart: för detta förvandlades det till en hydrogel

Utvecklarna övervägde processen att lagra etanol, ett vanligt flytande bränsle, i en kemiskt tvärbunden gel

poly-(N-isopropylakrylamid).De testade om fångst av etanolmolekyler i PNIPAAms långa och kemiskt sammanflätade polymerkedjor bidrog till att minska dess avdunstning. För att testa detta skapade forskarna små sfärer av PNIPAAm-gel fyllda med etanol och placerade dem på en elektronisk våg för att registrera hur massan förändrades när etanolen förångades. De utförde även detta experiment med en ekvivalent dos etanol med ungefär samma yta och massa som gelkulan.

De fann att lagring av etanol i en polymergel undertrycker helt bränslets tendens att avdunsta snabbt. Detta beror sannolikt på att etanolmolekylerna är "fångade" i gelén, som professor Hosoya förklarar: "En polymergel innehåller otaliga tredimensionella polymerkedjor som är starkt kemiskt tvärbundna. Dessa kedjor länkar etanolmolekylerna genom olika fysiska interaktioner, vilket begränsar dess avdunstning i processen." Intressant nog beter sig den laddade gelén inte som en våt handduk. Medan en våt handduk släpper vätska när den pressas, släpper polymergelen inte etanol när den utsätts för yttre krafter.

Efter att ha löst problemet med avdunstning gick teamet vidare tillstudera de faktiska förbränningsegenskaperna hos etanol i ett polymergelnätverk för att se om de brinner effektivt. De antände etanolfyllda gelkulor av olika storlekar och observerade deras massa- och formprofiler i realtid. Baserat på detta bestämde de att förbränningen av de laddade PNIPAAm-gelsfärerna bestod av två faser: en fas som domineras av förbränning av ren etanol, följt av en andra fas som domineras av förbränningen av själva PNIPAAm-polymeren.

Genom efterföljande teoretisk analysFrån dessa resultat kom teamet fram till en viktig slutsats: den första och huvudsakliga förbränningsfasen av de laddade PNIPAA-gelkulorna följer en droppmodell med konstant temperatur. Detta innebär att förbränning av gel med etanol kan beskrivas med samma modell som för droppar av flytande bränsle, vilket antyder att deras förbränningsegenskaper bör vara liknande.

"Att lagra polymergel kan förhindraexplosioner och bränder på grund av en kraftig minskning av bränsleavdunstning och i sin tur bildandet av brandfarliga gasblandningar, som lätt kan uppstå till följd av en läcka i lagringsanläggningen”, förklarar professor Hosoya. 

Flytande bränsle med hög energidensitetnödvändig i många applikationer där kemisk energi omvandlas till kontrollerad rörelse, såsom i raketer, gasturbiner, pannor och vissa fordonsmotorer. Förutom förbränningsegenskaper och prestanda är det också viktigt att säkerställa säkerheten och stabiliteten för dessa bränslen under användning, såväl som under transport och lagring.

En av de vanligaste farorna när man arbetar medflytande bränsle är att det snabbt kan avdunsta i ett begränsat utrymme och bilda moln av brandfarliga gaser. Detta kan orsaka explosioner eller bränder. För att lösa detta problem övervägde forskarna möjligheten att använda förtjockade bränslen eller bränslen som förvandlas till tjocka gelliknande ämnen vid låga temperaturer. Tyvärr finns det många aspekter som måste optimeras och hinder att övervinna innan gelade bränslen kan gå bortom forskningsfasen.

Läs mer:

Titta på den "tysta" drönaren med en ny generation av jonframdrivning

Forntida trilobithanar spände på honorna under parningen

Ryssland och USA har dommedagsflygplan: hur och vart de ska flyga i händelse av världens ände