Ученые испытали нанобомбу

Учёные сумели просимулировать взрыв модифицированной молекулы бакминстерфуллерена (С60), больше известного как бакибол – и показали, что эта реакция продуцирует гигантский скачок температуры и давления в течение долей секунды.

Эта нановзрывчатка, которую исследователи окрестили «бакибомбой», принадлежит к быстро развивающейся сфере высокоэнергетических наноматериалов, которые могут иметь множество промышленных и военных применений.

Исследователи из Университета Южной Калифорнии Виталий Чабан, Эудес Филети и Олег Преждо опубликовали статью с результатам своей симуляции взрыва бакибомбы в последнем выпуске журнала «The Journal of Physical Chemistry Letters».

Бакибомба объединяет в себе уникальные свойства двух классов материалов: углеродных структур и энергетических наноматериалов. Углеродные материалы вроде С60 химически легко модифицируются, меняя свои свойства. А группы NO2 хорошо известны как контрибуторы процессов детонации и горения, поскольку являются богатым источником кислорода. Поэтому учёные задались вопросом – что произойдёт, если присоединить NO2 к молекулам C60?

Симуляция ответила на этот вопрос, продемонстрировав все последовательные этапы нановзрыва. Начав с целой бакибомбы (C60(NO2)12), учёные подняли температуру до 700 градусов Цельсия. В течение пикосекунды начался процесс изомеризации групп NO2, в ходе которого они сформировали новые группы с некоторыми атомами углерода из С60. Ещё через несколько пикосекунд бакибол потерял некоторые из своих электронов, что нарушило связи, удерживающие его вместе, и в мгновение ока крупная молекула рассыпалась на множество крошечных фрагментов двухатомного углерода (С2). В результате этого, всё, что осталось от бакибола – это смесь газов, включая CO2, NO2, и N2, а также C2.

И хотя эта реакция требует для инициации начального увеличения температуры, как только она запущена, она выделяет огромное количество тепла. В течение первой пикосекунды температура повышается с 1000 до 2500К. Однако в этот момент молекула нестабильна, поэтому на протяжении следующих 50 пикосекунд дополнительные реакции поднимают температуру до 4000К. При такой температуре давление может достигать величины 1200 МПа, в зависимости от плотности материала. Выбирая нужное число групп NO2, и изменяя концентрацию смеси, можно контролировать силу взрыва.

Учёные предсказывают, что подобное сверхбыстрое высвобождение химической энергии даст потрясающие возможности для создания новых высокоэнергетических наноматериалов.