To właśnie w takich nieplanowanych zwrotach akcji często kryje się prawdziwy postęp. Choć na pierwszy rzut oka może się to wydawać kolejną naukową ciekawostką, właściwości nowego związku sugerują, że mamy do czynienia z czymś więcej niż tylko akademickim eksperymentem.
Ekstremalne warunki syntezy
Tworzenie dwuborku manganu to proces wymagający niezwykłych warunków. Naukowcy muszą najpierw sprasować proszki manganu i boru w granulkę, którą następnie umieszczają we wzmocnionej szklanej komorze. Kluczowym narzędziem tutaj jest piec łukowy, kierujący wąski strumień prądu elektrycznego na materiał i podgrzewa go do niewyobrażalnych 3000°C. Po osiągnięciu tej ekstremalnej temperatury następuje szybkie chłodzenie, które “zamraża” unikalną strukturę atomową związku.
Czytaj także: Stworzyli długo wyczekiwany związek chemiczny. Na przełom czekaliśmy 120 lat
Badania nad dwuborkami trwają właściwie od lat 60. ubiegłego wieku, jednak dwuborek manganu przez dziesięciolecia pozostawał jedynie teoretyczną możliwością. Dopiero opracowanie odpowiedniej technologii pieca łukowego umożliwiło przełom w tej dziedzinie. Trudności w otrzymaniu czystego MnB2 sprawiały, że naukowcy nie mogli praktycznie zbadać jego właściwości.
Niezwykła struktura molekularna
Modelowanie komputerowe ujawniło fascynującą strukturę dwuborku manganu, przypominającą przekrój kanapki lodowej. Zewnętrzne warstwy składają się z sieci złożonej z zazębiających się heksagonów, ale klucz do zrozumienia niezwykłych właściwości energetycznych kryje się w ich asymetrii. Wszystkie heksagony są bowiem nieco przekrzywione, a ta właśnie “deformacja” struktury molekularnej odpowiada za magazynowanie energii.
Naukowcy porównują ten mechanizm do trampoliny – płaska nie ma energii, ale po obciążeniu rozciąga się i magazynuje energię, którą uwalnia po zdjęciu ciężaru. Za wysoką energetyczność MnB2 odpowiada zjawisko “nadkoordynacji” manganu, gdzie koordynuje się on z 12 atomami, co skutkuje 19 elektronami – liczbą przekraczającą standardową regułę 18 elektronów.
Praktyczne korzyści
Dwuborek manganu osiąga grawimetryczne ciepło spalania 39,26 kJ/g oraz objętościowe ciepło spalania 208,08 kJ/cm³. Dla porównania, aluminium używane w dopalaczach promu kosmicznego ma odpowiednio 31,11 kJ/g. Te różnice przekładają się na konkretne korzyści — znacznie wyższa wydajność, a tym samym niższe zapotrzebowanie na paliwo. Nowy związek oferuje około 20% większą energetyczność wagową i nawet 150% większą energetyczność objętościową w porównaniu do dotychczas stosowanych rozwiązań.
Naukowcy badają możliwości wykorzystania podobnych związków w produkcji trwalszych katalizatorów samochodowych oraz jako katalizatorów do rozkładu tworzyw sztucznych.
Czytaj także: Przypadkiem stworzyli nowy materiał. Zadziwiają nie tylko jego właściwości
Ironia tego odkrycia polega na jego całkowicie przypadkowym charakterze. Zespół pod kierownictwem profesora chemii Michaela Yeunga pierwotnie próbował stworzyć materiały twardsze od diamentu. Dopiero w trakcie badań okazało się, że ich związek ma niezwykłe właściwości energetyczne.
Wyniki badań, opublikowane w prestiżowym periodyku “Journal of the American Chemical Society”, otwierają nowy rozdział w chemii materiałów.
Obiecująca przyszłość
Dwuborek manganu to więcej niż tylko potencjalne nowe paliwo. Związek ten stanowi dowód na to, jak podstawowe badania naukowe mogą prowadzić do przełomowych odkryć o szerokim zastosowaniu praktycznym. Czy rzeczywiście ten nietypowy związek chemiczny zmieni oblicze jakiegoś sektora gospodarki? Czas pokaże. Na razie możemy obserwować rozwój sytuacji z ostrożnym optymizmem, pamiętając, że wiele obiecujących odkryć naukowych nigdy nie wyszło poza mury laboratoryjne. Niemniej jednak potencjał jest na tyle interesujący, że z pewnością warto śledzić dalsze postępy w tych badaniach.