蓋世汽車訊 在將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為受控運動的許多應(yīng)用中，如火箭、燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐和一些車輛的發(fā)動機(jī)，具有高能密度的液體燃料必不可少。除了燃燒特性和性能，在使用時以及運輸和儲存期間，保證這些燃料的安全性和穩(wěn)定性也很重要。

（圖片來源：芝浦工業(yè)大學(xué)）

在處理液體燃料時，常見的一類風(fēng)險是這些燃料會在既定空間內(nèi)很快蒸發(fā)，從而產(chǎn)生高度易燃?xì)忪F。顯而易見，這很容易引起嚴(yán)重的爆炸或火災(zāi)事故。為了解決這一問題，研究人員考慮使用凝膠狀燃料，或者使燃料在低溫下變成厚凝膠狀物質(zhì)。然而，為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，還需要進(jìn)行多方面優(yōu)化，并克服一系列障礙。

據(jù)外媒報道，最近，日本芝浦工業(yè)大學(xué)（SIT）和東京工業(yè)大學(xué)（Tokyo Tech）的研究人員就液體燃料安全問題探討一項更具吸引力的解決方案，即將這些燃料儲存在聚合物凝膠網(wǎng)狀物中。在本項研究中，該團(tuán)隊分析儲存在化學(xué)交聯(lián)聚N-異丙基丙烯酰胺（PNIPPAm）凝膠中的乙醇的性能、優(yōu)勢和局限性。乙醇是一種常見的液體燃料。

首先，研究人員檢測將乙醇分子限制在長且化學(xué)交織的PNIPPAm聚合物鏈中，是否有助于降低其蒸發(fā)速率。為了做到這一點，研究人員創(chuàng)建了上面載有乙醇的小球狀PNIPAAm凝膠，并將其放在電子秤上，以記錄乙醇汽化時的質(zhì)量變化。另外，還對等量的乙醇進(jìn)行了這樣的實驗，其表面積和質(zhì)量與凝膠球大致相同。

研究人員發(fā)現(xiàn)，將乙醇儲存在聚合物凝膠中，可以徹底抑制燃料的快速蒸發(fā)趨勢。這可能是因為乙醇分子被“限制”在凝膠中。芝浦工業(yè)大學(xué)的Naoki Hosoya教授表示：“聚合物凝膠中包含不可計數(shù)的以強(qiáng)化學(xué)交聯(lián)的三維聚合物鏈。這些鏈通過不同的物理相互作用約束乙醇分子，從而限制其蒸發(fā)。”有趣的是，載荷凝膠跟濕毛巾不一樣。擰干濕毛巾可以釋放液體，而聚合物凝膠在外力作用下不易釋放乙醇。

該團(tuán)隊解決了蒸發(fā)問題，又探討聚合物凝膠網(wǎng)狀物中乙醇的實際燃燒特性，觀察其是否能夠有效燃燒。研究人員點燃大小各異的、載有乙醇的凝膠球，并實時觀察其質(zhì)量和形態(tài)變化。在此基礎(chǔ)上，研究人員確定載荷PNIPAAm凝膠球的燃燒包括兩個階段，第一個階段以純乙醇燃燒為主；第二階段以PNIPAAm聚合物自身燃燒為主。

隨后，研究團(tuán)隊對這些結(jié)果進(jìn)行理論分析并得出重要結(jié)論：載荷PNIPAAm凝膠球的第一個主燃料階段遵循恒定的液滴溫度模式，也就是常說的“d2定律”。這意味著二者的燃燒性能應(yīng)該具有相似性，可以用與液體燃料液滴相同的模式，來描述載荷PNIPAAm凝膠球的燃燒狀態(tài)。

總的來說，這項研究為發(fā)展在聚合物凝膠中安全運輸和儲存液體燃料的方法打下基礎(chǔ)。“采用聚合物凝膠儲存方法，有助于防止發(fā)生爆炸和起火事故。因為這樣可以減輕燃料蒸發(fā)現(xiàn)象，盡量避免形成易燃?xì)怏w混合物。在儲存設(shè)施泄漏后，很容易發(fā)生這樣的情況。”Hosoya教授表示，“當(dāng)然，在這方面仍有很多工作要做，例如檢查聚合物凝膠在不同溫度、壓力和濕度條件下的穩(wěn)定性和性能，以及開發(fā)更簡單的制造程序和更好的方法，以在真正的發(fā)動機(jī)中使用這些載有燃料的凝膠。”

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