La science vient de se rafraîchir un peu dans le laboratoire de recherche de l'Air Force. En utilisant une méthode de gouttelettes d'hélium qui refroidit les espèces moléculaires à un zéro presque absolu, les chercheurs de la Division des moteurs à turbine de la Direction des systèmes aérospatiaux peuvent voir des grappes de carbone, y compris les précurseurs de suie en combustion, d'une manière complètement nouvelle.

"Notre équipe AFRL a récemment réalisé une percée importante et a été la première personne à voir le spectre du C 3 molécule à des températures record [-272,78 degrés C], " a déclaré le Dr William Lewis, Chimiste de recherche senior de l'AFRL à la Division des moteurs à turbine, Direction des systèmes aérospatiaux. Le C 3 molécule est un précurseur de suie souvent présent dans les flammes, explosions, et d'autres procédés de combustion, ainsi que les corps astronomiques tels que les comètes et les étoiles. Cette découverte est essentielle pour améliorer une variété de modèles utilisés dans les applications de propulsion et de véhicules spatiaux, il a dit.

Il y a quelques années, la Branche Carburants et Energie s'est intéressée au carbone du point de vue de la propulsion. Depuis, Les chercheurs de l'AFRL ont rapidement développé une nouvelle capacité de recherche pour mesurer l'énergétique et les structures des clusters de carbone.

"C'est une façon de figer la chimie, " a déclaré Lewis. " Cela nous permet de tout ralentir. Cela nous permet de prendre ce qui serait normalement trop rapide pour même voir, puis conservez-le assez longtemps pour le voir sur une échelle de temps perceptible ou mesurable par l'homme. »

"Normalement, quand vous obtenez du carbone, il fait très chaud et d'autres choses ne veulent pas s'y coller, et vous ne pouvez pas capturer cette interaction et étudier les étapes fondamentales de la chimie. Si vous avez assez froid, alors vous pouvez associer la molécule de carbone qui vous intéresse avec un partenaire de collision qui serait important pour n'importe quelle application que vous essayez de comprendre, ", a déclaré Lewis.

Cependant, l'équipe a découvert qu'il ne s'agissait pas uniquement de refroidir les molécules de carbone à des températures aussi basses. Tentatives antérieures pour étudier C 3 les précurseurs de suie se sont évaporés le C 3 puis piégé dans de la glace solide au néon ou à l'argon. C'était un problème lors de l'étude des structures précurseurs et des interactions chimiques, car les molécules ne peuvent pas se déplacer dans la glace.

La méthode de l'AFRL repose sur l'immersion de la molécule dans un liquide d'hélium, permettant à la molécule de bouger et de tourner encore. Ainsi, un autre avantage clé de la nouvelle méthode est la capacité d'étudier les interactions avec d'autres molécules et d'étudier les structures qu'elles forment ensemble. C'est quelque chose que les chercheurs n'ont pas pu faire auparavant.

"Il peut encore bouger. La méthode est capable de refroidir les choses, mais de les refroidir de manière à ne pas vraiment perturber la structure moléculaire, tandis que nous utilisons la spectroscopie infrarouge pour étudier les molécules, ", a ajouté Lewis.

Les possibilités sont infinies. Une conséquence logique serait d'utiliser ces données et les données d'expériences de suivi où elles interagissent avec des molécules de chimie spatiale et pertinentes pour la combustion et d'utiliser ces données pour améliorer les modèles chimiques actuels.

« Qu'il s'agisse d'une application de carburant en termes d'émissions qui vont sortir d'une chambre de combustion, que ce soit une chimie qui va se produire dans l'espace, quel flux va se produire autour d'un véhicule spatial qui rentre, vous devez être capable de comprendre les étapes fondamentales de la chimie. Cela nous aide à le faire parce que nous pouvons alors prendre les molécules qui nous intéressent et les rassembler, et laissez-les se parler, puis écoutez simplement la conversation, ", a ajouté Lewis.

Dans la communauté des turbomachines, un modèle chimique amélioré pourrait réduire la formation de suie dans les émissions et éventuellement améliorer l'efficacité de la combustion. La communauté des véhicules spatiaux verrait un gain différent. Les molécules de carbone qui s'évaporent des véhicules spatiaux réagissent avec l'air ambiant, créant leur propre type de combustion lors de la rentrée. La chimie dans les couches d'écoulement autour du véhicule modifie la façon dont il vole. Des modèles chimiques améliorés peuvent conduire à une meilleure capacité à contrôler le véhicule lors de la rentrée.