Los científicos han teorizado durante mucho tiempo que la energía almacenada en los enlaces atómicos del nitrógeno podría algún día ser una fuente de energía limpia. Pero persuadir a los átomos de nitrógeno para que se unan ha sido una tarea abrumadora. Investigadores del Instituto de Plasma C&J Nyheim de la Universidad de Drexel finalmente han demostrado que es posible experimentalmente, con el estímulo de una chispa de plasma líquido.

Reportado en el Journal of Physics D:Física aplicada , La producción de nitrógeno polimérico puro (polinitrógeno) es posible mediante la eliminación de un compuesto llamado azida de sodio con un chorro de plasma en medio de una nube de nitrógeno líquido que se enfría mucho. El resultado son seis átomos de nitrógeno unidos, un compuesto llamado iónico, o neutral, nitrógeno-seis, que se predice que es un material extremadamente denso en energía.

"Se está explorando el polinitrógeno para su uso como fuente de combustible 'verde', para almacenamiento de energía, o como explosivo, "dijo Danil Dobrynin, Doctor., profesor asociado de investigación en el Instituto Nyheim y autor principal del artículo. "Se han sintetizado experimentalmente versiones de él, aunque nunca de una manera lo suficientemente estable como para recuperarse a las condiciones ambientales o en forma de nitrógeno seis puro. Nuestro descubrimiento utilizando plasma líquido abre una nueva vía para esta investigación que podría conducir a un polinitrógeno estable . "

Los intentos anteriores de generar el polímero energético han utilizado alta presión y alta temperatura para atraer la unión de átomos de nitrógeno. Pero ninguno de esos métodos proporcionó suficiente energía para excitar los iones necesarios (agentes de enlace atómico) para producir una forma estable de nitrógeno seis. Y el nitrógeno polimérico creado en estos experimentos no pudo mantenerse a una presión y temperatura cercanas a lo normal, condiciones ambientales.

Es algo así como intentar pegar dos objetos pesados ​​pero solo ser lo suficientemente fuerte como para exprimir unas gotas de pegamento de la botella. Para hacer un vínculo lo suficientemente fuerte como para sostenerse, se necesita una fuerza lo suficientemente fuerte como para exprimir una gran cantidad de pegamento.

Esa fuerza según los investigadores, es un chorro de iones concentrado proporcionado por plasma líquido.

Plasma líquido es el nombre que se le da a la emisión de una materia densa en iones generada por una chispa eléctrica pulsada descargada en un ambiente líquido, algo así como un rayo en una botella. La tecnología de plasma líquido apenas ha existido durante una década, aunque ya es muy prometedora. Fue iniciado por investigadores del Instituto Nyheim que han explorado su uso en una variedad de aplicaciones, desde el cuidado de la salud hasta el tratamiento alimentario.

Debido a que el plasma está encerrado en líquido, es posible presurizar el ambiente, así como controlar su temperatura. Este nivel de control es la ventaja clave que los investigadores necesitaban para sintetizar polinitrógeno porque les permitía iniciar y detener la reacción con mayor precisión para preservar el material que producía. Dobrynin y sus colaboradores informaron por primera vez de su intento exitoso de producir polinitrógeno utilizando descargas de plasma en nitrógeno líquido en una carta en el Journal of Physics D:Física aplicada durante el verano.

En sus hallazgos más recientes, la chispa de plasma envió una lluvia concentrada de iones hacia la azida de sodio, que contiene tres moléculas de nitrógeno. La explosión de iones separa las tres moléculas de nitrógeno del sodio y, en el estado excitado, las moléculas de nitrógeno pueden unirse entre sí. No es sorprendente, la reacción produce un buen poco de calor, por lo que frenarlo requiere una increíble ráfaga de frío, la que proporciona el nitrógeno líquido.

"Creemos que este procedimiento tuvo éxito en la producción de polinitrógeno puro donde otros se quedaron cortos, debido a la densidad de iones involucrados y la presencia de nitrógeno líquido como agente de extinción de la reacción, ", Dijo Dobrynin." Otros experimentos introdujeron altas temperaturas y altas presiones como catalizadores, pero nuestro experimento fue una combinación de energía más precisa, temperatura, electrones e iones ".

Tras la inspección con un espectrómetro Raman, un instrumento que identifica la composición química de un material midiendo su respuesta al estímulo láser, el material tratado con plasma produjo lecturas consistentes con las predichas para el polinitrógeno puro.

"Esto es bastante significativo porque hasta ahora los científicos solo han podido sintetizar compuestos de polinitrógeno estables en forma de sales, pero nunca en una forma de nitrógeno puro como esta en condiciones cercanas a las ambientales". "Dijo Dobrynin." La sustancia que producimos es estable a presión atmosférica en temperaturas de hasta aproximadamente -50 grados Celsius ".

Plasma, en su entorno original cargado de gas, ha estado en desarrollo durante décadas como una tecnología de esterilización de agua, alimentos y equipos médicos y también se está explorando para materiales de recubrimiento. Pero esta es la primera instancia en la que se utiliza plasma líquido para sintetizar un nuevo material. Entonces, este avance podría resultar un punto de inflexión en la investigación del plasma, en el Instituto Nyheim y en todo el campo.

"Este descubrimiento abre una serie de interesantes posibilidades para producir nitrógeno polimérico como fuente de combustible, "dijo Alexander Fridman, Doctor., Profesor de la cátedra John A. Nyheim en la Facultad de Ingeniería de Drexel y director del Instituto de Plasma C&J Nyheim y coautor del artículo. "Este nuevo, El combustible denso en energía limpia podría permitir una nueva era de automóviles y transporte masivo. Incluso podría ser el gran avance necesario para permitir la exploración de regiones remotas del espacio ".