Julia Kornfield研发出一种是可于飞机燃料的聚合物添加剂,这种添加剂能够有效减小燃料爆炸时的破坏力度,从而提升飞机的安全性能。
开始一场洲际旅行前,喷气式飞机装满了成千上万加仑的燃料。在碰撞事故中,如此大量的燃料使得爆炸产生极为严重的破坏。Caltech和JPL的研究人员发 明了一种聚合物作为燃料添加剂,可以降低在事故和恐怖袭击中爆炸产生的影响强度。同时初步研究表明,这种添加剂在带来这些好处时并不会对燃料性能造成不良影响。
飞机引擎将空气压缩并与燃料喷雾混合。电火花点燃空气与燃料的混合物后引发可控爆炸从而推动飞机前进。喷气式飞机由上千个这样的微型爆炸提供推动力。然而,雾化过程(将燃料分散成喷雾以利于点燃的过程)也导致在撞击事故中燃料快速分散而极易被引燃。
Julia Kornfield研发出的这种添加剂是一种聚合物(由许多重复单元组成的长链分子,又称高分子材料),其每个末端都覆有能像尼龙搭扣一样可以粘结的单元。单个聚合物分子(长链分子)自发地连接形成的超长链被称作“巨型超分子”。
巨型超分子具有前所未有的综合性能,这使得它可以控制燃料的雾化过程,提高燃料在管道中的流动性,并且降低烟炱的形成。巨型超分子可以抑制撞击事故中燃料的雾化同时允许燃料注射进引擎时的雾化。
其它聚合物也表现出这些优点,但是它们均具有缺陷从而降低了有效性。例如超长聚合物在经过泵、管道和过滤器时会发生不可逆的破碎,因此丧失了其有用的性能。但是巨型超分子不会发生这种情况。虽然超分子在经过泵的时候也会分裂变小,这一过程是可逆的。单个分子链末端的类尼龙扣单元在相遇时即可重新连接,巨型超分子产生有效恢复。
当添加到燃料中的聚合物浓度很低时,巨型超分子可以在不影响液体的其它性能情况下极大地改变燃料的流动性。例如添加剂不会改变燃料的内能、表面张力和密度。此外,使用含添加剂燃料的引擎的功率和效率并没有改变,至少目前柴油引擎已经过测试证明了这一点。
在撞击发生时,超分子突然活跃起来,卷曲形成紧凑构象。当液体突然拉伸时,聚合物分子链伸展开同时抵抗进一步的拉伸。聚合物的伸展使得撞击情况下液滴的破碎得到抑制,由此降低爆炸范围同时减少管道内的湍流。



