دانشمندان موشکی سال‌هاست که از عکس‌العمل‌های هایپرگلیک برای تأمین سوخت طیف وسیعی از فضاپیما‌ها بهره می‌برند. این عکس‌العمل‌ها میان دو ماده شیمیایی، معمولا یک سوخت و یک اکسیدکننده، رخ میدهد که شدت آن‌قدر بالا است که در صورت هدایت صحیح می‌تواند نیروی محرکه موشک را فراهم کند. یکی از رایج‌ترین ترکیبات در پیشرانه‌های هایپرگلیک، مخلوط هیدرازین به عنوان سوخت با نیتروژن تتروکسید به عنوان اکسیدکننده است.
به گزارش نیواطلس، در دانشگاه کور، نیکولاس چالمپس، محقق فوق‌دکتری، از عکس‌العمل‌های هایپرگولیک به روش‌های متفاوتی استفاده کرد. او در حال شکل‌دهی موادی بود که با ترکیب مواد شیمیایی گوناگون، نیرو‌های قدرت‌مندی را آزاد می‌سازند.
امانوئل جیانلیس، استاد دانشگاه کور، با ایده‌ای که این روش می‌تواند تخلخل کربن را افزایش دهد و سطح آن را برای ذخیره انرژی و جذب دی‌اکسید کربن بهینه کند، همکاری با چالمپس را برای یک مطالعه تازه آغاز کرد.
چالمپس، نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید من در تلاش بودم بفهمم چگونه می‌توان این عکس‌العمل‌های ناشناخته را برای سنتز نانوساختار‌های کربنی گوناگون مهار و کنترل کرد و پس از تنظیم پارامتر‌های مختلف، فهمیدم که دستیابی به تخلخل بسیار بالا امکان‌پذیر است. تا آن زمان، این عکس‌العمل‌ها تنها در سیستم‌های موشکی، هواپیما و کاوشگر‌های فضای عمیق برای نیروی محرکه و هیدرولیک به کار می‌رفتند.
این دو محقق با پشتیبانی گروه‌ی از دانشمندان دیگر، موفق به تشکیل کربنی شدند که دارای مساحت شگفت‌انگیز ۴۸۰۰ مترمربع در هر گرم است که به عبارتی معادل یک زمین فوتبال است که روی یک قاشق چای‌خوری قرار گرفته باشد. محققان در مطالعه خود که در مجله ACS منتشر شده، نوشتند تا آنجا که ما می‌دانیم، این بیش‌ترین مقدار گزارش‌شده در مقالات تا کنون است.
پنج حلقه کربنی
کلید موفقیت این ماده به این حقیقت برمی‌گردد که عکس‌العمل هایپرگلیک لوله‌های کربنی تشکیل میدهد که دارای غلظت بالایی از حلقه‌های مولکولی ساخته شده از پنج اتم کربن به جای شش اتم معمول هستند. این امر باعث تغییر زوایای پیوند‌ها در سطح مولکولی شده و پایداری لوله‌ها را افزایش میدهد.
در این عکس‌العمل، لوله‌ها خود را در امتداد قالبی که توسط محققان شکل داده شده بود، جمع کردند تا ساختار را بسازند. در نهایت، ساختار حاصل با هیدروکسید پتاسیم پوشانده شد که ساختار‌های کمتر پایدار را از بین برد و هزاران منافذ می‌کروسکوپی را جایگزین کرد.
پس از تشکیل این ماده، محققان آن را آزمایش کردند تا می‌زان جدا‌سازی دی‌اکسید کربن از جو را بسنجند. نتیجه نشان داد که تنها در دو دقیقه، ۹۹ درصد از کل ظرفیت جذب برآورده شد که بازده‌ی محصولات کربن فعال جاری را تقریبا دو برابر می‌کند. همچنین مشخص شد که توانایی ذخیره انرژی این ماده چهار برابر کربن‌های فعال تجاری موجود است و چگالی انرژی حجمی آن ۶۰ وات‌ساعت بر لیتر می‌باشد.
چالمپس می‌گوید این رویکرد یک استراتژی جایگزین برای طراحی و سنتز مواد مبتنی بر کربن به‌اختصاص در کاربرد‌هایی که نیاز به کارایی فضایی دارند، ارائه میدهد.
