蓋世汽車訊 在將化學能轉化為受控運動的許多應用中，如火箭、燃氣輪機、鍋爐和一些車輛的發動機，具有高能密度的液體燃料必不可少。除了燃燒特性和性能，在使用時以及運輸和儲存期間，保證這些燃料的安全性和穩定性也很重要。

（圖片來源：芝浦工業大學）

在處理液體燃料時，常見的一類風險是這些燃料會在既定空間內很快蒸發，從而產生高度易燃氣霧。顯而易見，這很容易引起嚴重的爆炸或火災事故。為了解決這一問題，研究人員考慮使用凝膠狀燃料，或者使燃料在低溫下變成厚凝膠狀物質。然而，為了實現這一目標，還需要進行多方面優化，并克服一系列障礙。

據外媒報道，最近，日本芝浦工業大學（SIT）和東京工業大學（Tokyo Tech）的研究人員就液體燃料安全問題探討一項更具吸引力的解決方案，即將這些燃料儲存在聚合物凝膠網狀物中。在本項研究中，該團隊分析儲存在化學交聯聚N-異丙基丙烯酰胺（PNIPPAm）凝膠中的乙醇的性能、優勢和局限性。乙醇是一種常見的液體燃料。

首先，研究人員檢測將乙醇分子限制在長且化學交織的PNIPPAm聚合物鏈中，是否有助于降低其蒸發速率。為了做到這一點，研究人員創建了上面載有乙醇的小球狀PNIPAAm凝膠，并將其放在電子秤上，以記錄乙醇汽化時的質量變化。另外，還對等量的乙醇進行了這樣的實驗，其表面積和質量與凝膠球大致相同。

研究人員發現，將乙醇儲存在聚合物凝膠中，可以徹底抑制燃料的快速蒸發趨勢。這可能是因為乙醇分子被“限制”在凝膠中。芝浦工業大學的Naoki Hosoya教授表示：“聚合物凝膠中包含不可計數的以強化學交聯的三維聚合物鏈。這些鏈通過不同的物理相互作用約束乙醇分子，從而限制其蒸發。”有趣的是，載荷凝膠跟濕毛巾不一樣。擰干濕毛巾可以釋放液體，而聚合物凝膠在外力作用下不易釋放乙醇。

該團隊解決了蒸發問題，又探討聚合物凝膠網狀物中乙醇的實際燃燒特性，觀察其是否能夠有效燃燒。研究人員點燃大小各異的、載有乙醇的凝膠球，并實時觀察其質量和形態變化。在此基礎上，研究人員確定載荷PNIPAAm凝膠球的燃燒包括兩個階段，第一個階段以純乙醇燃燒為主；第二階段以PNIPAAm聚合物自身燃燒為主。

隨后，研究團隊對這些結果進行理論分析并得出重要結論：載荷PNIPAAm凝膠球的第一個主燃料階段遵循恒定的液滴溫度模式，也就是常說的“d2定律”。這意味著二者的燃燒性能應該具有相似性，可以用與液體燃料液滴相同的模式，來描述載荷PNIPAAm凝膠球的燃燒狀態。

總的來說，這項研究為發展在聚合物凝膠中安全運輸和儲存液體燃料的方法打下基礎。“采用聚合物凝膠儲存方法，有助于防止發生爆炸和起火事故。因為這樣可以減輕燃料蒸發現象，盡量避免形成易燃氣體混合物。在儲存設施泄漏后，很容易發生這樣的情況。”Hosoya教授表示，“當然，在這方面仍有很多工作要做，例如檢查聚合物凝膠在不同溫度、壓力和濕度條件下的穩定性和性能，以及開發更簡單的制造程序和更好的方法，以在真正的發動機中使用這些載有燃料的凝膠。”

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