在航天航空領(lǐng)域,常用燃料採用液體燃料多一些,固體燃料,一般用在彈射上面。
這主要是和兩種燃料的特點(diǎn)有關(guān),液體燃料價(jià)格便宜、比衝高,可精細(xì)控制輸出動(dòng)力,發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相對複雜。
固體燃料則是儲存方便,大體力,可以讓火箭或者導(dǎo)彈在沒有發(fā)射前,長期儲存和隱蔽的機(jī)動(dòng)運(yùn)輸,發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單。
比衝代表的是火箭的推進(jìn)效率,以秒爲(wèi)單位,每一千克燃料產(chǎn)生一千克推力的持續(xù)時(shí)間。
在這兩者之間,一方的優(yōu)點(diǎn)就是另一方的缺點(diǎn)。
號稱高比衝液體燃料,目前最高比衝數(shù)據(jù)是液氧貢獻(xiàn)的,也不過才457.國內(nèi)長=徵系列常用的四氧化二氮+偏二甲肼,一般比衝才348左右。
固態(tài)燃料雖然比沖和推力有些不盡人意,但是推力更大,發(fā)射便捷,成本低,在小微型衛(wèi)星市場越來越廣闊的今天,中華常態(tài)發(fā)射常有,這些優(yōu)勢用在小型航天器的發(fā)射方面就非常誘人。
吳桐從最開始就判定出還是固態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)更爲(wèi)合適,但是,使用固態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)性價(jià)比最高,推力更強(qiáng),但想要達(dá)到她預(yù)期的效果,固態(tài)燃料的一些缺憾是要進(jìn)行優(yōu)化的,或者說,去設(shè)計(jì)研發(fā)一種,不同於世面上一般固態(tài)燃料的全新高能固體燃料。
CO,H2,C2H2,CH4,C2H4,CH3CH2OH,N2H4
····一連串化學(xué)符號經(jīng)由吳桐的筆端,凝聚在她手裡的草稿紙上。
目前固態(tài)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)使用的燃料,大多是高級硼硅烷,氧化劑用的是四氧化二氮(N2O4)、液態(tài)氧(O2)或過氧化氫(H2O2)。
液氧可以做燃料,酒精、甲烷可以做燃料,那氮呢·····空氣中約佔(zhàn)五分之四佔(zhàn)比都是它,有沒有利用價(jià)值呢?
N,N2···N16···N18····全氮分子,一個(gè)熱門的高能材料版塊從吳桐腦海中浮現(xiàn),全氮離子鹽?
從理論上來說,全氮類的物質(zhì)能量非常高,大部分時(shí)間能達(dá)到10萬到100萬焦耳/克的級別,這個(gè)能量級別相當(dāng)於傳統(tǒng)TNT炸藥的10倍甚至百倍。
絕對方向告訴她,這個(gè)意外揣摩靈感是個(gè)驚喜收穫。
N18,N24···,這兩個(gè)相輔相成,是繼續(xù)前進(jìn)下去的方向,可以得到一種鈍化高能材料,可做炸藥,威力應(yīng)該是是普通TNT的十來倍,基底N18也自有奇妙作用。
一不留神,好像搞出來個(gè)危險(xiǎn)東西?一閃而過的雜念迅速被沉浸狀態(tài)的吳桐忽略,這種物質(zhì)並不是只有一種用法。
另一種就是吳桐搞出來它的初衷,可以用來製作固體火箭、導(dǎo)彈燃料。
氮並不活潑,全氮化合物在定向保存條件下,它的性能比較穩(wěn)定,並且使用較少量都能產(chǎn)生巨大威力,這就代表這種新物資做燃料,比衝高、體積輕,製備工藝成熟後代價(jià)不會貴,性價(jià)比很高···
優(yōu)點(diǎn)排排算,是她需要的兼具固體和液體燃料的優(yōu)點(diǎn),規(guī)避了常規(guī)固體燃料的缺點(diǎn),用來做幫助火箭上天再合適不過了。
該怎麼去製備應(yīng)用呢?
過濾?沉澱?氣相沉積?
吳桐突然想到了上次共鍵效應(yīng)推演的感悟。
多氧還原,是不是可以通過還原的方式達(dá)到製備呢?似乎戳中了某個(gè)核心,也似乎是異曲同工之妙。火花在吳桐的腦海裡燎原之勢鋪陳開來,吳桐一瞬間福至心靈,思維徹底延展開來。
Silica氧化硅,一氧化硅(SiO),二氧化硅(SiO2)·······
一個(gè)個(gè)化學(xué)式羅列出來,絕對方向判定,最優(yōu)選擇是Sio6,六氧化硅。
經(jīng)過特殊共鍵效應(yīng)組合成六邊形特殊分子,叫多邊氧化硅更合適。
數(shù)據(jù)在吳桐手下化作推導(dǎo)模型,一個(gè)個(gè)判斷數(shù)據(jù)填充,吳桐確定了,六氧化硅最符合目前製備全氮化合物的需求。
如何製備使用這個(gè)特殊氧化硅讓它達(dá)到預(yù)想分離效果呢?問題拋出,目前已知的材料在吳桐腦海中風(fēng)暴式席捲而過,
最終,在目前所具備的材料製備方法中,吳桐確定了製備方向,在草稿紙上又書寫了一連串的分子式,畫出了判定材料的原子式。
雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié),典型的六邊形結(jié)構(gòu),很有蜂巢架構(gòu)美學(xué)。
Graphene-(CH)n——COOH-COOH——HOOC-HO···
未來革命性新型材料,石墨烯,又是一目前物化學(xué)界相當(dāng)火熱的前沿課題。以氣相沉積工藝,將特殊的六邊氧化硅與石墨烯薄膜結(jié)合,形成特殊的過濾膜。
她還需要打造一種特殊設(shè)備,設(shè)備要有氮?dú)廨敋夤艿溃^濾裝置,要有真空泵,製備全程需要壓力差,需要淨(jìng)度十萬之上的密封車間,不可見光······
一個(gè)個(gè)製備條件,被吳桐推演確定下來,製備工藝標(biāo)準(zhǔn)逐步成形。
搞定製備的基礎(chǔ)設(shè)施,吳桐又開始推導(dǎo)起製備工藝,材料上的製備工藝,按著她設(shè)想需要用到的種類,從大類到細(xì)分,一項(xiàng)項(xiàng),逐步判定,吳桐把篩法用到極致,反覆的篩選推演演算,數(shù)學(xué)模型輔助推導(dǎo)特殊條件下,達(dá)成相應(yīng)結(jié)果需要的定向數(shù)據(jù)·····
各項(xiàng)能力互爲(wèi)結(jié)合之下,吳桐篩選出來了製備工藝需要的步驟參數(shù)。
加壓,加壓參數(shù),真空的壓力差、特定的電流電壓,與六邊氧化硅通電特殊效應(yīng),在這種特殊效應(yīng)下,氣體到固態(tài)的合成···
一步一步,劃時(shí)代的新型高能分子材料鏈在吳桐的筆端呈現(xiàn)。
最後的工序落定,吳桐逐漸脫離心無旁騖的深度研究狀態(tài)。
此時(shí)此刻,看到手邊她搞出來的東西覺得,吳桐纔不由後知後覺反應(yīng)過來,貌似這次她搞出來的東西,有點(diǎn)兒非同一般!
這次她靈感大爆發(fā),好像搞出來了個(gè)不得了的反應(yīng)材料鏈出來。
她最開始,只是想研究一種更好的固態(tài)燃料,作爲(wèi)她新設(shè)計(jì)出來的超燃雙脈衝壓發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力來源。
只是研究著,研究著,她突然靈光一現(xiàn),與她之前共鍵效應(yīng)下推導(dǎo)出來的特殊分子式發(fā)生共鳴,得出了一種全新的特殊全氮化合物N18。
這種特殊的全氮化合物,屬於氮的一種同素異形體。