Vetenskapen blev precis lite svalare i Air Force Research Laboratory. Med hjälp av en heliumdroppmetod som kyler molekylära arter till nästan absolut noll, forskare inom Aerospace Systems Directorates Turbine Engine Division kan se kolkluster, inklusive sotprekursorer vid förbränning, på ett helt nytt sätt.

"Vårt AFRL -team fick nyligen ett viktigt genombrott och var de första som såg spektrumet av C ₃ molekyl vid rekordlåga temperaturer [-272,78 grader C], "sade doktor William Lewis, AFRL Senior Research Chemist med Turbine Engine Division, Aerospace Systems Directorate. C ₃ molekyl är en sotprekursor som ofta finns i lågor, explosioner, och andra förbränningsprocesser, liksom astronomiska kroppar som kometer och stjärnor. Denna upptäckt är nyckeln till att förbättra en mängd olika modeller som används i framdrivnings- och rymdfarkostapplikationer, han sa.

Några år sedan, Bränslen och energigrenen blev intresserade av kol från framdrivningssynpunkt. Sedan dess, AFRL -forskare har snabbt utvecklat en ny forskningskapacitet för att mäta energikällor och strukturer i kolkluster.

"Det är ett sätt att frysa kemi, "Sa Lewis." Detta låter oss sakta ner allt. Det låter oss ta det som normalt vore för snabbt för att ens se, bevara den sedan tillräckligt länge för att se den på en människouppfattbar eller mätbar tidsskala. "

"I vanliga fall, när du får kol, det är väldigt varmt och andra saker vill inte hålla fast vid det, och du kan inte fånga den interaktionen och undersöka kemins grundläggande steg. Om du får det tillräckligt kallt, då kan du ta med den kolmolekyl som du är intresserad av tillsammans med någon kollisionspartner som skulle vara viktig för vilken applikation du än försöker förstå, "sa Lewis.

Dock, laget upptäckte att det inte bara handlade om att kyla kolmolekylerna till så låga temperaturer. Tidigare försök att studera C ₃ sotprekursorer förångade C ₃ och fångade den sedan i fast neon- eller argonis. Detta var ett problem när man studerade prekursorstrukturer och kemiska interaktioner eftersom molekylerna inte kan röra sig i isen.

AFRL:s metod bygger på nedsänkning av molekylen i en heliumvätska, så att molekylen fortfarande kan röra sig och rotera. Så en annan viktig fördel med den nya metoden är förmågan att undersöka interaktioner med andra molekyler och studera strukturerna de gör tillsammans. Detta är något som forskare inte har kunnat göra tidigare.

"Det kan fortfarande vifta. Metoden kan kyla ner saker - men kyla ner dem på ett sätt så att de inte riktigt stör molekylstrukturen, medan vi använder infraröd spektroskopi för att studera molekylerna, "Tillade Lewis.

Möjligheterna är oändliga. En logisk konsekvens skulle vara att använda dessa data och data från uppföljningsexperiment där de interagerar med förbränningsrelevanta och rymdkemiska molekyler och använder dessa data för att förbättra nuvarande kemimodeller.

"Oavsett om det är en bränsletillförsel när det gäller de utsläpp som kommer att komma ut ur en brännare, om det är någon kemi som kommer att hända i rymden, vilket flöde kommer att hända runt ett rymdfordon som går in igen, du måste kunna förstå grundläggande stegen i kemi. Detta hjälper oss att göra det för då kan vi ta molekylerna som vi är intresserade av och föra dem samman, och låt dem prata med varandra och lyssna sedan bara på konversationen, "Tillade Lewis.

I turbinmotorsamhället, en förbättrad kemimodell kan minska sotning av utsläpp och möjligen förbättra förbränningseffektiviteten. Rymdfordonssamhället skulle se en annan vinst. Kolmolekyler som avdunstar från rymdfarkoster reagerar med omgivande luft, skapa sin egen typ av förbränning under återinträde. Kemin i flödeskikten runt fordonet förändrar hur det flyger. Förbättrade kemiska modeller kan leda till en förbättrad förmåga att kontrollera fordonet vid återinträde.