Gli scienziati hanno a lungo teorizzato che l'energia immagazzinata nei legami atomici dell'azoto potrebbe un giorno essere una fonte di energia pulita. Ma convincere gli atomi di azoto a collegarsi è stato un compito arduo. I ricercatori del C&J Nyheim Plasma Institute della Drexel University hanno finalmente dimostrato che è sperimentalmente possibile, con l'incoraggiamento di una scintilla di plasma liquido.

Segnalato nel Journal of Physics D:Fisica Applicata , la produzione di azoto polimerico puro, il poliazoto, è possibile mediante lo zapping di un composto chiamato sodio azide con un getto di plasma nel mezzo di una nuvola super-raffreddante di azoto liquido. Il risultato sono sei atomi di azoto legati insieme, un composto chiamato ionico, o neutro, azoto-sei, che si prevede sia un materiale estremamente denso di energia.

"Il poliazoto è in fase di esplorazione per l'uso come fonte di combustibile 'verde', per lo stoccaggio di energia, o come esplosivo, " disse Danil Dobrynin, dottorato di ricerca, un professore di ricerca associato presso il Nyheim Institute e autore principale dell'articolo. "Le sue versioni sono state sintetizzate sperimentalmente, anche se mai in un modo abbastanza stabile da poter essere ripristinato in condizioni ambientali o in forma di azoto-sei puro. La nostra scoperta utilizzando il plasma liquido apre una nuova strada per questa ricerca che potrebbe portare a un poliazoto stabile. ."

I precedenti tentativi di generare il polimero energetico hanno utilizzato l'alta pressione e l'alta temperatura per invogliare il legame degli atomi di azoto. Ma nessuno di questi metodi forniva energia sufficiente per eccitare gli ioni necessari - agenti di legame atomici - per produrre una forma stabile di azoto-sei. E l'azoto polimerico creato in questi esperimenti non poteva essere mantenuto a una pressione e una temperatura vicine alla normalità, condizioni ambientali.

È come cercare di incollare insieme due oggetti pesanti, ma essere abbastanza forti da spremere alcune gocce di colla dalla bottiglia. Per creare un legame abbastanza forte da reggere, ci vuole una forza abbastanza forte da spremere molta colla.

quella forza, secondo i ricercatori, è un'esplosione di ioni concentrati fornita dal plasma liquido.

Il plasma liquido è il nome dato a un'emissione di una materia densa di ioni generata da una scintilla elettrica pulsata scaricata in un ambiente liquido, un po' come un fulmine in una bottiglia. La tecnologia al plasma liquido è in circolazione da appena un decennio, sebbene sia già molto promettente. È stato sperimentato dai ricercatori del Nyheim Institute che hanno esplorato il suo utilizzo in una varietà di applicazioni, dall'assistenza sanitaria al trattamento alimentare.

Poiché il plasma è racchiuso in un liquido, è possibile pressurizzare l'ambiente, oltre a controllarne la temperatura. Questo livello di controllo è il vantaggio chiave di cui i ricercatori avevano bisogno per sintetizzare il poliazoto perché ha permesso loro di avviare e arrestare con maggiore precisione la reazione al fine di preservare il materiale prodotto. Dobrynin e i suoi collaboratori hanno segnalato per la prima volta il loro tentativo riuscito di produrre poliazoto utilizzando scarichi di plasma in azoto liquido in una lettera nel Journal of Physics D:Fisica Applicata durante l'estate.

Nelle loro scoperte più recenti, la scintilla di plasma ha inviato una pioggia concentrata di ioni verso la sodio azide, che contiene tre molecole di azoto. L'esplosione di ioni scinde le tre molecole di azoto dal sodio e, nello stato eccitato, le molecole di azoto possono legarsi tra loro. Non sorprendentemente, la reazione produce un bel po' di calore, quindi frenarlo richiede un'incredibile esplosione di freddo, quella fornita dall'azoto liquido.

"Riteniamo che questa procedura abbia avuto successo nel produrre poliazoto puro laddove altri non sono stati all'altezza, a causa della densità degli ioni coinvolti e della presenza di azoto liquido come agente di spegnimento per la reazione, " Ha detto Dobrynin. "Altri esperimenti hanno introdotto alte temperature e alte pressioni come catalizzatori, ma il nostro esperimento era una combinazione più precisa di energia, temperatura, elettroni e ioni".

Dopo l'ispezione con uno spettrometro Raman, uno strumento che identifica la composizione chimica di un materiale misurando la sua risposta allo stimolo laser, il materiale trattato al plasma ha prodotto letture coerenti con quelle previste per il poliazoto puro.

"Questo è abbastanza significativo perché fino ad ora gli scienziati sono stati in grado di sintetizzare solo composti poliazotati stabili sotto forma di sali, ma mai in una forma di azoto puro come questa in condizioni quasi ambientali, " Ha detto Dobrynin. "La sostanza che abbiamo prodotto è stabile a pressione atmosferica a temperature fino a circa -50 gradi Celsius".

Plasma, nel suo ambiente originale carico di gas, è stata sviluppata per decenni come tecnologia di sterilizzazione per l'acqua, cibo e attrezzature mediche ed è anche in fase di esplorazione per i materiali di rivestimento. Ma questo è il primo caso di plasma liquido utilizzato per sintetizzare un nuovo materiale. Così, questa svolta potrebbe rivelarsi un punto di svolta nella ricerca sul plasma, al Nyheim Institute e in tutto il campo.

"Questa scoperta apre una serie di interessanti possibilità per la produzione di azoto polimerico come fonte di combustibile, "ha detto Alexander Fridman, dottorato di ricerca, John A. Nyheim Professore alla cattedra al Drexel's College of Engineering e direttore del C&J Nyheim Plasma Institute e coautore dell'articolo. "Questo nuovo, carburante ad alta densità di energia pulita potrebbe consentire una nuova era delle automobili e dei trasporti di massa. Potrebbe anche essere la svolta necessaria per consentire l'esplorazione di regioni remote dello spazio".