研究人员展示如何将液体燃料储存在聚合物凝胶中 以防爆炸和起火风险

在将化学能转化为受控运动的许多应用中，例如火箭、燃气轮机、锅炉和一些车辆的发动机，具有高能量密度的液体燃料是必不可少的。除了燃烧特性和性能外，确保这些燃料在使用、运输和储存过程中的安全性和稳定性也很重要。

(来源:知普科技大学)

在处理液体燃料时，一个常见的风险是这些燃料会在给定的空间内迅速蒸发，从而产生高度易燃的气溶胶。显然，这很容易造成严重的爆炸或火灾事故。为了解决这个问题，研究人员考虑使用凝胶状燃料，或者使燃料在低温下变成粘稠的凝胶状物质。但是，为了实现这个目标，我们需要在许多方面进行优化，克服一系列障碍。

据国外媒体报道，近日，来自东京工业大学和SIT的研究人员探索出了一种更具吸引力的解决液体燃料安全问题的方法，即在聚合物凝胶网络中存储这些燃料。在这项研究中，研究小组分析了储存在化学交联聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPPAm)凝胶中的乙醇的性能、优点和局限性。乙醇是一种常见的液体燃料。

首先，研究人员检查了将乙醇分子限制在长的化学交织的PNIPPAm聚合物链上是否有助于降低其蒸发率。为了做到这一点，研究人员制造了一种小型球形PNIPAAm凝胶，上面有乙醇，并将其放在电子秤上，记录乙醇蒸发时的质量变化。另外，同样量的乙醇进行测试，其表面积和质量与凝胶球几乎相同。

研究人员发现，将乙醇储存在聚合物凝胶中可以完全抑制燃料的快速蒸发趋势。这可能是因为乙醇分子被“限制”在凝胶中。直浦工业大学教授细谷直树(Naoki Hosoya)表示:“聚合物凝胶包含无数由增强体交联的三维聚合物链。这些链通过不同的物理相互作用来约束乙醇分子，从而限制其蒸发。”有趣的是，负荷凝胶和湿毛巾是不一样的。拧湿毛巾可以释放液体，但高分子凝胶在外力作用下不易释放乙醇。

该团队解决了蒸发问题，并讨论了乙醇在聚合物凝胶网络中的实际燃烧特性，以了解它是否能有效燃烧。研究人员点燃不同大小、装载乙醇的凝胶球，实时观察其质量和形态变化。在此基础上，研究人员确定负载PNIPAAm凝胶球的燃烧包括两个阶段，第一阶段主要是纯乙醇燃烧；第二阶段，PNIPAAm聚合物以自燃为主。

随后，研究团队对这些结果进行了理论分析，得出了一个重要结论:装载PNIPAAm凝胶球的第一级主燃料遵循一个恒定的液滴温度模式，也就是通常所说的“d2定律”。这意味着它们的燃烧性能应该是相似的，可以用与液体燃料液滴相同的模式来描述负载PNIPAAm凝胶球的燃烧状态。

总的来说，本研究为液体燃料在聚合物凝胶中的安全运输和储存奠定了基础。“使用聚合物凝胶储存法有助于防止爆炸和火灾事故。因为这样可以减少燃油蒸发，尽可能避免可燃混合气的形成。储存设施泄漏后很容易出现这种情况。”Hosoya教授说，“当然，在这方面还有很多工作要做，比如检查聚合物凝胶在不同温度、压力和湿度条件下的稳定性和性能，开发更简单的制造程序和更好的方法，以便在真实的发动机中使用这些装载燃料的凝胶。”

在将化学能转化为受控运动的许多应用中，例如火箭、燃气轮机、锅炉和一些车辆的发动机，具有高能量密度的液体燃料是必不可少的。除了燃烧特性和性能外，确保这些燃料在使用、运输和储存过程中的安全性和稳定性也很重要。

(来源:知普科技大学)

在处理液体燃料时，一个常见的风险是这些燃料会在给定的空间内迅速蒸发，从而产生高度易燃的气溶胶。显然，这很容易造成严重的爆炸或火灾事故。为了解决这个问题，研究人员考虑使用凝胶状燃料，或者使燃料在低温下变成粘稠的凝胶状物质。但是，为了实现这个目标，我们需要在许多方面进行优化，克服一系列障碍。

据国外媒体报道，近日，来自东京工业大学和SIT的研究人员探索出了一种更具吸引力的解决液体燃料安全问题的方法，即在聚合物凝胶网络中存储这些燃料。在这项研究中，研究小组分析了储存在化学交联聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPPAm)凝胶中的乙醇的性能、优点和局限性。乙醇是一种常见的液体燃料。

首先，研究人员检查了将乙醇分子限制在长的化学交织的PNIPPAm聚合物链上是否有助于降低其蒸发率。为了做到这一点，研究人员制造了一种小型球形PNIPAAm凝胶，上面有乙醇，并将其放在电子秤上，记录乙醇蒸发时的质量变化。另外，同样量的乙醇进行测试，其表面积和质量与凝胶球几乎相同。

研究人员发现，将乙醇储存在聚合物凝胶中可以完全抑制燃料的快速蒸发趋势。这可能是因为乙醇分子被“限制”在凝胶中。直浦工业大学教授细谷直树(Naoki Hosoya)表示:“聚合物凝胶包含无数由增强体交联的三维聚合物链。这些链通过不同的物理相互作用来约束乙醇分子，从而限制其蒸发。”有趣的是，负荷凝胶和湿毛巾是不一样的。拧湿毛巾可以释放液体，但高分子凝胶在外力作用下不易释放乙醇。

该团队解决了蒸发问题，并讨论了乙醇在聚合物凝胶网络中的实际燃烧特性，以了解它是否能有效燃烧。研究人员点燃不同大小、装载乙醇的凝胶球，实时观察其质量和形态变化。在此基础上，研究人员确定负载PNIPAAm凝胶球的燃烧包括两个阶段，第一阶段主要是纯乙醇燃烧；第二阶段，PNIPAAm聚合物以自燃为主。

随后，研究团队对这些结果进行了理论分析，得出了一个重要结论:装载PNIPAAm凝胶球的第一级主燃料遵循一个恒定的液滴温度模式，也就是通常所说的“d2定律”。这意味着它们的燃烧性能应该是相似的，可以用与液体燃料液滴相同的模式来描述负载PNIPAAm凝胶球的燃烧状态。

总的来说，本研究为液体燃料在聚合物凝胶中的安全运输和储存奠定了基础。“使用聚合物凝胶储存法有助于防止爆炸和火灾事故。因为这样可以减少燃油蒸发，尽可能避免可燃混合气的形成。储存设施泄漏后很容易出现这种情况。”Hosoya教授说，“当然，在这方面还有很多工作要做，比如检查聚合物凝胶在不同温度、压力和湿度条件下的稳定性和性能，开发更简单的制造程序和更好的方法，以便在真实的发动机中使用这些装载燃料的凝胶。”

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