Гиперзвуковые летательные аппараты, однажды смогут доставить людей из США в Австралию всего за несколько часов, но при такой скорости возникает адская жара. Один из способов, которым ученые надеются предотвратить их перегрев, - это заставить топливо выполнять двойную функцию в качестве охлаждающей жидкости, поддерживая безопасную рабочую температуру самолета в полете. 

Ученые университета RMIT разработали катализаторы, напечатанные на 3D-принтере, которые могут стать недостающим элементом этой головоломки, поскольку лабораторные испытания показывают, как они могут запускать необходимые химические реакции для высокоэффективного поглощения тепла.

В то время как холодные температуры на большой высоте достаточны для предотвращения перегрева коммерческих самолетов, но это не работает для самолетов, летящих с гиперзвуковой скоростью более 6100 км / ч, где трение между самолетом и окружающим воздухом вызывает огромные потери тепла. С 1960-х годов в исследованиях изучалась идея решения этой проблемы с помощью так называемого эндотермического топлива, которое могло бы действовать как пропеллент и как теплоноситель первого контура самолета.

В этом сценарии какой-либо теплообменник будет улавливать тепло от нагретых частей и передавать его холодному углеводородному топливу. Когда это топливо нагревается и достигает определенной температуры, оно запускает химические реакции, в результате которых углеводороды разбиваются на более простые части, которые затем можно использовать для движения.

«Топливо, которое может поглощать тепло во время работы самолета, является ключевым направлением для ученых, но эта идея основана на потребляющих тепло химических реакциях, для которых требуются высокоэффективные катализаторы», - говорит автор Роксана Хубеш из австралийского университета RMIT. «Кроме того, теплообменники, в которых топливо контактирует с катализаторами, должны быть как можно меньше из-за жестких ограничений по объему и весу в гиперзвуковых самолетах».

В поисках решения этой проблемы Хубеш и ее коллеги использовали 3D-печать для создания решетчатых структур из металлических сплавов, покрытых синтетическими минералами, называемыми цеолитами. Команда описывает их как миниатюрные химические реакторы и подвергает их лабораторным испытаниям, призванным имитировать экстремальные температуры и давление топлива, которые выдерживает гиперзвуковая скорость. Это показало, что при нагревании структур часть металла, скорее всего хрома, мигрирует в каркас цеолита, что приводит к «беспрецедентной каталитической активности».

«Наши катализаторы, напечатанные на 3D-принтере, похожи на миниатюрные химические реакторы, и то, что делает их такими невероятно эффективными, - это смесь металлов и синтетических минералов», - говорит Хубеш. «Это захватывающее новое направление для катализа, но нам нужны дополнительные исследования, чтобы полностью понять этот процесс и определить лучшую комбинацию металлических сплавов для наибольшего воздействия».