Dr. Willliam Lewis, AFRL Pesquisador Químico Sênior da Divisão de Motores de Turbina, Diretoria de Sistemas Aeroespaciais, configura o laser para fazer a varredura de um espectro infravermelho para o conjunto de cluster e instrumento de espectroscopia. Com o CAASI, seu laboratório foi capaz de medir o espectro infravermelho rotacionalmente resolvido da molécula C3 presa em gotículas de hélio a uma temperatura de -272,78 graus Celsius. Crédito:Foto da Força Aérea dos EUA / Sgt. Ashley Clingerman
A ciência acabou de esfriar um pouco no Laboratório de Pesquisa da Força Aérea. Usando um método de gota de hélio que resfria as espécies moleculares a quase zero absoluto, pesquisadores da Divisão de Motores de Turbina da Diretoria de Sistemas Aeroespaciais são capazes de ver aglomerados de carbono, incluindo precursores de fuligem na combustão, de uma forma completamente nova.
"Nossa equipe AFRL conseguiu recentemente um avanço importante e foi a primeira pessoa a ver o espectro do C 3 molécula em temperaturas baixas recorde [-272,78 graus C], "disse o Dr. William Lewis, AFRL Pesquisador Químico Sênior da Divisão de Motores de Turbina, Diretoria de Sistemas Aeroespaciais. O C 3 molécula é um precursor de fuligem frequentemente encontrado em chamas, explosões, e outros processos de combustão, bem como corpos astronômicos, como cometas e estrelas. Esta descoberta é a chave para melhorar uma variedade de modelos usados em aplicações de propulsão e veículos espaciais, ele disse.
Alguns anos atrás, o Poder de Combustíveis e Energia se interessou pelo carbono do ponto de vista da propulsão. Desde então, Os pesquisadores do AFRL desenvolveram rapidamente uma nova capacidade de pesquisa para medir a energética e as estruturas dos aglomerados de carbono.
"É uma maneira de congelar a química, - disse Lewis. - Isso nos permite desacelerar tudo. Isso nos permite pegar o que normalmente seria muito rápido para ver, em seguida, preserve-o por tempo suficiente para vê-lo em uma escala de tempo perceptível ou mensurável por humanos. "
Barbara Miller, Químico de pesquisa do University of Dayton Research Institute e contratado principal da equipe UDRI, alinha a fonte de evaporação de carbono dentro do Conjunto do Cluster e do Instrumento de Espectroscopia. Crédito:Foto da Força Aérea dos EUA / Sgt. Ashley Clingerman
"Normalmente, quando você obtém carbono, está muito quente e outras coisas não querem grudar nele, e você não pode capturar essa interação e investigar as etapas fundamentais da química. Se você esfriar o suficiente, então você pode trazer a molécula de carbono que você está interessado junto com algum parceiro de colisão que seria importante para qualquer aplicação que você está tentando entender, "disse Lewis.
Contudo, a equipe descobriu que não se tratava apenas de resfriar as moléculas de carbono a temperaturas tão baixas. Tentativas anteriores de estudar C 3 precursores de fuligem evaporaram o C 3 e, em seguida, prendeu-o em neon sólido ou gelo de argônio. Este foi um problema ao estudar estruturas precursoras e interações químicas porque as moléculas não podem se mover no gelo.
O método AFRL baseia-se na submersão da molécula em um líquido de hélio, permitindo que a molécula ainda se mova e gire. Portanto, outra vantagem importante do novo método é a capacidade de investigar as interações com outras moléculas e estudar as estruturas que elas formam juntas. Isso é algo que os pesquisadores não foram capazes de fazer antes.
"Ele ainda pode balançar. O método é capaz de resfriar as coisas - mas resfriá-las de uma forma que realmente não perturbe a estrutura molecular, enquanto usamos espectroscopia infravermelha para estudar as moléculas, "Lewis acrescentou.
Dr. William Lewis, AFRL Pesquisador Químico Sênior da Divisão de Motores de Turbina, Diretoria de Sistemas Aeroespaciais, e Barbara Miller, Químico de pesquisa do University of Dayton Research Institute e contratado principal da equipe UDRI, registre o espectro infravermelho das moléculas C3 a uma temperatura de -272,78 graus Celsius no Cluster Assembly and Spectroscopy Instrument. O espectro de temperatura super baixa permite que eles determinem claramente a estrutura e ligação na molécula C3. Crédito:Foto da Força Aérea dos EUA / Sgt. Ashley Clingerman
As possibilidades são infinitas. Uma consequência lógica seria usar esses dados e dados de experimentos subsequentes onde eles interagem com moléculas de química espacial e relevantes para a combustão e usar esses dados para melhorar os modelos químicos atuais.
"Seja uma aplicação de combustível em termos de emissões que sairão de um combustor, seja alguma química que vai acontecer no espaço, que fluxo vai acontecer em torno de um veículo espacial reentrando, você precisa ser capaz de compreender os passos básicos da química. Isso nos ajuda a fazer isso, porque então podemos pegar as moléculas nas quais estamos interessados e juntá-las, e deixá-los falar um com o outro e, em seguida, apenas ouvir a conversa, "Lewis acrescentou.
Na comunidade de motores de turbina, um modelo químico aprimorado poderia reduzir a fuligem nas emissões e possivelmente melhorar a eficiência da combustão. A comunidade de veículos espaciais teria uma recompensa diferente. As moléculas de carbono que evaporam dos veículos espaciais reagem com o ar circundante, criando seu próprio tipo de combustão durante a reentrada. A química nas camadas de fluxo ao redor do veículo muda a forma como ele voa. Modelos químicos aprimorados podem levar a uma capacidade aprimorada de controlar o veículo na reentrada.
