Configurazione molecolare di una bomba bucky che esplode. Credito:ACS
(Phys.org)—Gli scienziati hanno simulato l'esplosione di una molecola modificata di buckminsterfullerene (C 60 ), meglio conosciuto come buckyball, e mostrato che la reazione produce un enorme aumento di temperatura e pressione entro una frazione di secondo. L'esplosivo su scala nanometrica, che gli scienziati soprannominano "buckybomb, " appartiene al campo emergente dei nanomateriali ad alta energia che potrebbero avere una varietà di applicazioni militari e industriali.
I ricercatori, Vitaly V. Chaban, Eudes Eterno Fileti, e Oleg V. Prezhdo presso la University of Southern California a Los Angeles, hanno pubblicato un articolo sull'esplosione simulata di una bomba buckybomb in un recente numero di Il Journal of Physical Chemistry Letters . Chaban è anche con l'Università Federale di San Paolo, Brasile.
La bomba bucky combina le proprietà uniche di due classi di materiali:strutture in carbonio e nanomateriali energetici. Materiali di carbonio come C 60 possono essere modificati chimicamente abbastanza facilmente per cambiare le loro proprietà. Nel frattempo, NO 2 è noto che i gruppi contribuiscono ai processi di detonazione e combustione perché sono una delle principali fonti di ossigeno. Così, gli scienziati si chiedevano cosa sarebbe successo se NO 2 i gruppi erano attaccati a C 60 molecole:esploderebbe tutto? E come?
Le simulazioni hanno risposto a queste domande rivelando l'esplosione in dettaglio passo dopo passo. A partire da un buckybomb intatto (tecnicamente chiamato dodecanitrofullerene, o C 60 (NO 2 ) 12 ), i ricercatori hanno aumentato la temperatura simulata a 1000 K (700 °C). Entro un picosecondo (10 -12 secondo), il no 2 i gruppi iniziano a isomerizzare, riorganizzando i loro atomi e formando nuovi gruppi con alcuni degli atomi di carbonio dal C 60 . Man mano che passano altri picosecondi, il C 60 la struttura perde alcuni dei suoi elettroni, che interferisce con i legami che lo tengono insieme, e, in un lampo, la grande molecola si disintegra in tanti piccoli pezzi di carbonio biatomico (C 2 ). Quello che resta è una miscela di gas inclusa CO 2 , NO 2 , e n 2 , così come C 2 .
Sebbene questa reazione richieda un apporto di calore iniziale per andare avanti, una volta in movimento rilascia un'enorme quantità di calore per le sue dimensioni. Entro il primo picosecondo, la temperatura aumenta da 1000 a 2500 K. Ma a questo punto la molecola è instabile, quindi ulteriori reazioni nei successivi 50 picosecondi aumentano la temperatura a 4000 K. A questa temperatura, la pressione può arrivare fino a 1200 MPa (più di 10, 000 volte la pressione atmosferica normale), a seconda della densità del materiale.
Chimicamente parlando, gli scienziati spiegano che l'energia termica proviene dall'alta densità di energia covalente immagazzinata dai legami carbonio-carbonio nel C 60 . Perché il NO 2 i gruppi avviano la reazione, aggiungendo altro NO 2 gruppi aumenta la quantità di energia rilasciata durante l'esplosione. Scegliendo un numero appropriato di questi gruppi, oltre a modificare la concentrazione del composto, fornire modi per controllare la forza dell'esplosione.
I ricercatori prevedono che questo rapido rilascio di energia chimica fornirà interessanti opportunità per la progettazione di nuovi nanomateriali ad alta energia.
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