محققان با استفاده از اصول علم موشک، کربن را در مقادیر رکوردشکنی تولید کرده اند. این ماده می تواند حدود دو برابر مواد کربن فعال فعلی باشد. دی اکسید کربن را به کندی جذب می کند و قابلیت ذخیره انرژی قابل توجهی دارد.
به گزارش ایسنا، دانشمندان موشکی سال هاست که از واکنش های به اصطلاح هایپرگولیک به عنوان سوخت انواع فضاپیماها استفاده می کنند. این واکنش‌ها بین دو ماده شیمیایی، معمولاً یک سوخت و یک اکسیدکننده، انجام می‌شود که آنقدر شدید هستند که وقتی به درستی کنترل شوند، می‌توانند نیروی محرکه موشک را ایجاد کنند. به عنوان مثال، یکی یکی از رایج‌ترین ترکیبات در دنیای سوخت‌های هیپرگلیسمی، اختلاط سوخت هیدرازین با اکسیدکننده تتروکسید نیتروژن است.
به گزارش نیواطلس، نیکولاوس چالمپس، محقق فوق دکتری در دانشگاه کرنل، از واکنش های هایپرگولیک به شیوه ای متفاوت استفاده کرد. او موادی را از نیروهای قدرتمندی که با ترکیب مواد شیمیایی مختلف آزاد می شوند، ایجاد کرد.
امانوئل جیانلیس، پروفسور دانشگاه کرنل، این فرضیه را مطرح کرد که چنین روشی می تواند به افزایش تخلخل کربن، افزایش سطح آن و مفید ساختن آن برای ذخیره و جذب انرژی کمک کند. دی Better Monoxide کربن، شروع به کار با Chalmers روی یک مطالعه جدید کرد.
Chalemps، نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید: «من سعی می‌کردم چگونگی استفاده و کنترل این واکنش‌های ناشناخته را برای سنتز نانوساختارهای کربنی مختلف بیابم و پس از تنظیم پارامترهای مختلف، متوجه شدم که می‌توانیم به تخلخل بسیار بالایی دست یابیم. تا آن زمان، این واکنش‌ها فقط در سیستم‌های موشکی و هواپیما و همچنین در کاوشگرهای فضایی برای نیروی محرکه و هیدرولیک استفاده می‌شد.
این دو با کمک گروهی از دانشمندان دیگر موفق شدند. آنها کربنی ساختند که دارای مساحت حیرت آور 4800 متر مربع در هر گرم است که به گفته آنها به اندازه یک زمین فوتبال روی یک قاشق چایخوری است. محققان در مطالعه خود که در مجله ACS Nano منتشر شده است، می نویسند: «از نظر ما، این بالاترین نرخ گزارش شده در ادبیات تا به امروز است.
پنج حلقه کربنی
کلید موفقیت این ماده در این واقعیت نهفته است که واکنش هیپرگلیسمی باعث ایجاد لوله های کربنی می شود که دارای غلظت بالایی از حلقه های مولکولی ساخته شده از پنج اتم کربن به جای شش اتم معمول هستند. این باعث تغییر زوایای پیوند در سطح مولکولی و افزایش پایداری لوله ها می شود.
در این واکنش، لوله‌ها در امتداد الگوی ایجاد شده توسط محققان به یکدیگر متصل شدند تا شکل ساختار را تشکیل دهند. در نهایت، ساختار حاصل با هیدروکسید پتاسیم پوشانده شد و ساختارهای کمتر پایدار را از بین برد و هزاران منافذ میکروسکوپی باقی گذاشت.
پس از ایجاد این ماده، محققان آن را آزمایش کردند تا بفهمند که چقدر می تواند دی اکسید کربن را از جو حذف کند. نتیجه این بود که توانست تنها در دو دقیقه به 99 درصد از ظرفیت کل خود برسد و کارایی محصولات کربن فعال فعلی را تقریباً دو برابر کرد. همچنین نشان داده شده است که توانایی ذخیره انرژی چهار برابر بیشتر از کربن‌های فعال تجاری موجود را دارد و چگالی انرژی حجمی آن 60 Wh/L است.
Chalemps می‌گوید این رویکرد یک استراتژی جایگزین برای طراحی و سنتز مواد مبتنی بر کربن، به‌ویژه در کاربردهایی که نیاز به کارایی فضا دارند، ارائه می‌کند.