Dr. Willliam Lewis, Químico investigador sénior de AFRL con la división de motores de turbina, Dirección de Sistemas Aeroespaciales, configura el láser para escanear un espectro infrarrojo para el instrumento de espectroscopía y ensamblaje de clúster. Con el CAASI, su laboratorio pudo medir el espectro infrarrojo de resolución rotacional de la molécula C3 atrapada en gotitas de helio a una temperatura de -272,78 grados Celsius. Crédito:Foto de la Fuerza Aérea de EE. UU. / El Sargento. Ashley Clingerman
La ciencia acaba de enfriarse un poco en el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea. Usando un método de gota de helio que enfría las especies moleculares hasta casi el cero absoluto, Los investigadores de la División de Motores de Turbina de la Dirección de Sistemas Aeroespaciales pueden ver grupos de carbono, incluidos los precursores de hollín en la combustión, de una manera completamente nueva.
"Nuestro equipo de AFRL logró recientemente un avance importante y fueron las primeras personas en ver el espectro de C 3 molécula a bajas temperaturas récord [-272,78 grados C], "dijo el Dr. William Lewis, Químico investigador sénior de AFRL con la división de motores de turbina, Dirección de Sistemas Aeroespaciales. La C 3 La molécula es un precursor del hollín que se encuentra a menudo en las llamas. explosiones, y otros procesos de combustión, así como cuerpos astronómicos como cometas y estrellas. Este descubrimiento es clave para mejorar una variedad de modelos utilizados en aplicaciones de propulsión y vehículos espaciales, él dijo.
Hace unos pocos años, la Rama de Combustibles y Energía se interesó por el carbono desde el punto de vista de la propulsión. Desde entonces, Los investigadores de AFRL han desarrollado rápidamente una nueva capacidad de investigación para medir la energía y las estructuras de los grupos de carbono.
"Es una forma de congelar la química, ", Dijo Lewis." Esto nos permite ralentizar todo. Nos permite tomar lo que normalmente sería demasiado rápido para verlo, luego consérvelo el tiempo suficiente para verlo en una escala de tiempo perceptible o mensurable por humanos ".
Barbara Miller, Químico investigador del Instituto de Investigación de la Universidad de Dayton y contratista principal del equipo UDRI, alinea la fuente de evaporación de carbono dentro del conjunto de clúster e instrumento de espectroscopía. Crédito:Foto de la Fuerza Aérea de EE. UU. / El Sargento. Ashley Clingerman
"Normalmente, cuando obtienes carbono, hace mucho calor y otras cosas no se quieren pegar, y no se puede capturar esa interacción e investigar los pasos fundamentales de la química. Si lo enfrias lo suficiente luego puede traer la molécula de carbono que le interesa junto con algún socio de colisión que sería importante para cualquier aplicación que esté tratando de comprender, "dijo Lewis.
Sin embargo, el equipo descubrió que no se trataba solo de enfriar las moléculas de carbono a temperaturas tan bajas. Intentos previos de estudiar C 3 precursores de hollín evaporaron el C 3 y luego lo atrapó en hielo sólido de neón o argón. Este fue un problema al estudiar las estructuras precursoras y las interacciones químicas porque las moléculas no pueden moverse en el hielo.
El método de AFRL se basa en sumergir la molécula en un líquido de helio, permitiendo que la molécula aún se mueva y gire. Entonces, otra ventaja clave del nuevo método es la capacidad de investigar las interacciones con otras moléculas y estudiar las estructuras que forman juntas. Esto es algo que los investigadores no han podido hacer antes.
"Todavía puede moverse. El método es capaz de enfriar las cosas, pero enfriarlas de una manera que realmente no perturben la estructura molecular". mientras usamos la espectroscopia infrarroja para estudiar las moléculas, "Añadió Lewis.
Dr. William Lewis, Químico investigador sénior de AFRL con la división de motores de turbina, Dirección de Sistemas Aeroespaciales, y Barbara Miller, Químico investigador del Instituto de Investigación de la Universidad de Dayton y contratista principal del equipo UDRI, registrar el espectro infrarrojo de las moléculas de C3 a una temperatura de -272,78 grados Celsius en el instrumento de espectroscopía y ensamblaje de clústeres. El espectro de temperatura súper baja les permite determinar claramente la estructura y la unión en la molécula C3. Crédito:Foto de la Fuerza Aérea de EE. UU. / El Sargento. Ashley Clingerman
Las posibilidades son infinitas. Una consecuencia lógica sería utilizar estos datos y los datos de los experimentos de seguimiento en los que interactúan con moléculas de química espacial y relevantes para la combustión y utilizar esos datos para mejorar los modelos químicos actuales.
"Ya sea una aplicación de combustible en términos de las emisiones que van a salir de una cámara de combustión, si es algo de química que va a suceder en el espacio, qué flujo va a ocurrir alrededor de un vehículo espacial que vuelve a entrar, es necesario ser capaz de comprender los pasos fundamentales de la química. Esto nos ayuda a hacer eso porque entonces podemos tomar las moléculas que nos interesan y unirlas, y déjelos hablar entre ellos y luego escuche la conversación, "Añadió Lewis.
En la comunidad de motores de turbina, un modelo químico mejorado podría reducir el hollín en las emisiones y posiblemente mejorar la eficiencia de la combustión. La comunidad de vehículos espaciales vería una recompensa diferente. Las moléculas de carbono que se evaporan de los vehículos espaciales reaccionan con el aire circundante, creando su propio tipo de combustión durante la reentrada. La química en las capas de flujo alrededor del vehículo cambia la forma en que vuela. Los modelos químicos mejorados pueden conducir a una capacidad mejorada para controlar el vehículo al reingresar.
