علماء مختبر لورانس ليفرمور يكتشفون وصفة بوليمر ثاني أكسيد الكربون مستقر لمواد طاقة عالية

حدد باحثو مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) بوليماً معادياً لثاني أكسيد الكربون من الطراز الأول يمكن استرداده من ظروف الضغط العالي في 27 يناير 2026. بقيادة العالم ستانيمير بونيف، نشرت الفريق نتائجه في مجلة Communications Chemistry، مكشفة وصفة لمواد طاقة جديدة مفيدة في الدافعات والمتفجرات.

يركز الابتكار على تحويل ترتيبات ذرات عابرة تحت الضغط العالي إلى مواد مستقرة في الظروف المحيطة. يشكل ثاني أكسيد الكربون التقليدي هياكل كثيفة تحت الضغط، لكنها تعود إلى حالة سابقة عند إطلاق الضغط. يقوم نهج LLNL بتثبيت الذرات في شبكة مرتبطة تساهمياً، مما يخلق شكلاً بوليمرياً يخزن طاقة أكبر بكثير لكل وحدة كتلة أو حجم مقارنة بـCO2 العادي.

دمج الباحثون محاكاة ديناميكيات جزيئية كمومية مع نماذج تعلم آلي واسعة النطاق للتنبؤ بمسارات تشكيل البوليمر. استكشفوا نطاقات واسعة من الضغط والحرارة، محددين الظروف المثلى. الاستراتيجية الحاسمة: ضغط خليط من أول أكسيد الكربون (CO) والأكسجين (O2) بدلاً من CO2 النقي. يقلل هذا الضغوط المطلوبة، ويفتح تفاعلات مرنة، ويفضل المواد الصلبة اللاهوائية لاستقرار أفضل بعد إطلاق الضغط.

• محاكاة كمومية نمذجت السلوك تحت الضغط العالي وديناميكيات الإطلاق.
• تعلم الآلة سرعت استكشاف الظروف.
• خليط CO + O2 يشكل روابط كربون-كربون، مما يثبت الهيكل.

تشكل روابط الكربون-الكربون بسهولة في الخليط، مما يعطي هيكلاً مميزاً يستمر بعد إطلاق الضغط. الطبيعة اللاهوائية تتجنب عيوب البلورات التي تثير عدم الاستقرار. شرح بونيف: "الشكل البوليمري لثاني أكسيد الكربون يخزن طاقة أكبر بكثير... يمثل مادة عالية الكثافة الطاقية." هذا يميزه عن المراحل العابرة تحت الضغط.

يمكن لمواد الطاقة من هذا البوليمر تطوير الدافعات والمتفجرات ذات الكثافة الطاقية المتفوقة. يمتد النهج إلى أنظمة عناصر خفيفة مثل الكربون والأكسجين والنيتروجين والهيدروجين، محتملاً عوائل مواد وظيفية جديدة. يقدم LLNL هدفاً تجريبياً ملموساً: ضغط خلائط CO-O2 تحت ظروف محددة لتصنيع واسترداد البوليمر.

على عكس دراسات CO2 النقي التي تفشل في الاسترداد المحيطي، ينجح نهج الخليط عند ضغوط أقل. أنتجت الجهود السابقة مراحل عابرة فقط؛ هذا يحدد بوليماً لاهوائياً مستقراً. لا توجد منافسة مباشرة تطابق هذا الاسترداد المعادي لـCO2، مما يجعل عمل LLNL رائداً في تصميم مواد الطاقة.

قد تتبع التجارب المحاكاة، مع إرشاد تعلم الآلة لتحسين التصنيع. تطويرات كود LLNL ذات الصلة للمحاكاة غير التوازنية، مثل أهداف الرغوة في منشأة الاشتعال الوطنية، تشير إلى تآزر لنمذجة الذرات-الهيدروديناميكية. النجاح هنا قد يمكن مواداً تطلق الطاقة بشكل متحكم، مقدماً تطبيقات دفاعية وفضائية مدعومة بكثافة البوليمر المتوقعة العالية.