Dottor William Lewis, Chimico di ricerca senior AFRL con la divisione motori a turbina, Direzione dei sistemi aerospaziali, configura il laser per scansionare uno spettro infrarosso per il Cluster Assembly e lo strumento per spettroscopia. Con il CAASI, il loro laboratorio è stato in grado di misurare lo spettro infrarosso a risoluzione rotazionale della molecola C3 intrappolata in goccioline di elio a una temperatura di -272,78 gradi Celsius. Credito:foto dell'aeronautica statunitense/Sgt. Ashley Clingerman
La scienza è appena diventata un po' più fresca nel laboratorio di ricerca dell'aeronautica. Utilizzando un metodo con goccioline di elio che raffredda le specie molecolari quasi allo zero assoluto, i ricercatori della divisione motori a turbina della direzione dei sistemi aerospaziali sono in grado di vedere ammassi di carbonio, compresi i precursori della fuliggine nella combustione, in un modo completamente nuovo.
"Il nostro team AFRL ha recentemente segnato un importante passo avanti e sono state le prime persone a vedere lo spettro del C 3 molecola a temperature record [-272,78 gradi C], " ha detto il dottor William Lewis, Chimico di ricerca senior AFRL con la divisione motori a turbina, Direzione dei sistemi aerospaziali. il C 3 la molecola è un precursore della fuliggine che si trova spesso nelle fiamme, esplosioni, e altri processi di combustione, così come corpi astronomici come comete e stelle. Questa scoperta è la chiave per migliorare una varietà di modelli utilizzati nelle applicazioni di propulsione e veicoli spaziali, Egli ha detto.
Alcuni anni fa, il ramo Combustibili ed Energia si interessò al carbonio dal punto di vista della propulsione. Da allora, I ricercatori dell'AFRL hanno sviluppato rapidamente una nuova capacità di ricerca per misurare l'energia e le strutture degli ammassi di carbonio.
"È un modo per congelare la chimica, " Lewis ha detto. "Questo ci permette di rallentare tutto. Ci permette di prendere ciò che normalmente sarebbe troppo veloce anche solo per vedere, quindi conservalo abbastanza a lungo da vederlo su una scala temporale percepibile o misurabile dall'uomo".
Barbara Miller, Chimico di ricerca dell'Istituto di ricerca dell'Università di Dayton e capo contraente del team UDRI, allinea la fonte di evaporazione del carbonio all'interno del gruppo cluster e dello strumento per spettroscopia. Credito:foto dell'aeronautica statunitense/Sgt. Ashley Clingerman
"Normalmente, quando prendi il carbonio, fa molto caldo e altre cose non vogliono attaccarsi ad esso, e non puoi catturare quell'interazione e investigare i passaggi fondamentali della chimica. Se lo fai abbastanza freddo, quindi puoi portare la molecola di carbonio che ti interessa insieme a un partner di collisione che sarebbe importante per qualsiasi applicazione che stai cercando di capire, " ha detto Lewis.
Però, il team ha scoperto che non si trattava solo di raffreddare le molecole di carbonio a temperature così basse. Precedenti tentativi di studiare C 3 precursori di fuliggine evaporato il C 3 e poi l'ha intrappolato in neon solido o ghiaccio di argon. Questo era un problema quando si studiavano le strutture precursori e le interazioni chimiche perché le molecole non possono muoversi nel ghiaccio.
Il metodo di AFRL si basa sull'immersione della molecola in un liquido di elio, permettendo alla molecola di muoversi e ruotare ancora. Quindi un altro vantaggio chiave del nuovo metodo è la capacità di studiare le interazioni con altre molecole e studiare le strutture che creano insieme. Questo è qualcosa che i ricercatori non sono stati in grado di fare prima.
"Può ancora oscillare. Il metodo è in grado di raffreddare le cose, ma le raffredda in modo tale da non perturbare realmente la struttura molecolare, mentre usiamo la spettroscopia infrarossa per studiare le molecole, "Ha aggiunto Lewis.
Dottor William Lewis, Chimico di ricerca senior AFRL con la divisione motori a turbina, Direzione dei sistemi aerospaziali, e Barbara Miller, Chimico di ricerca dell'Istituto di ricerca dell'Università di Dayton e capo contraente del team UDRI, registrare lo spettro infrarosso delle molecole C3 a una temperatura di -272,78 gradi Celsius nel Cluster Assembly and Spectroscopy Instrument. Lo spettro di temperatura super bassa consente loro di determinare chiaramente la struttura e il legame nella molecola C3. Credito:foto dell'aeronautica statunitense/Sgt. Ashley Clingerman
Le possibilità sono infinite. Una conseguenza logica sarebbe quella di utilizzare questi dati e i dati di esperimenti successivi in cui interagiscono con molecole di chimica spaziale e rilevanti per la combustione e utilizzare tali dati per migliorare gli attuali modelli chimici.
"Che si tratti di un'applicazione di carburante in termini di emissioni che usciranno da un combustore, se è una certa chimica che accadrà nello spazio, quale flusso accadrà attorno a un veicolo spaziale in rientro, devi essere in grado di comprendere i passaggi fondamentali della chimica. Questo ci aiuta a farlo perché poi possiamo prendere le molecole che ci interessano e metterle insieme, e lasciali parlare tra loro e poi ascolta la conversazione, "Ha aggiunto Lewis.
Nella comunità dei motori a turbina, un modello chimico migliorato potrebbe ridurre la fuliggine nelle emissioni e possibilmente migliorare l'efficienza della combustione. La comunità dei veicoli spaziali vedrebbe una ricompensa diversa. Le molecole di carbonio che evaporano dai veicoli spaziali reagiscono con l'aria circostante, creando il proprio tipo di combustione durante il rientro. La chimica negli strati di flusso intorno al veicolo cambia il modo in cui vola. Modelli chimici migliorati possono portare a una migliore capacità di controllare il veicolo al rientro.
