Los materiales energéticos son aquellos que almacenan energía química que luego se puede liberar en condiciones apropiadas. La energía química se encuentra almacenada en los enlaces covalentes que unen a los átomos de las moléculas. Los cristales moleculares energéticos almacenan gran cantidad de energía en sus enlaces C–N, N–N y N–O. Sus fuertes interacciones de acoplamiento entre electrones y fonones prometen una alta densidad de energía a través de ondas térmicas. Asimismo, la ruptura de la simetría en los cristales moleculares induce la polarización espontánea, permitiendo al diseño de ferroeléctricos moleculares.
Para integrar ambos fenómenos, un grupo de investigadores norteamericanos diseñó ferroeléctricos moleculares energéticos empleando tres parámetros de diseño: i. alta temperatura de Curie: ii. poseer simultáneamente alta densidad de energía en los enlaces químicos y una alta tasa de liberación de energía; y iii. un coeficiente piroeléctrico grande para una potencia específica alta. Por sus enlaces energéticos y alto rendimiento ferroeléctrico seleccionaron el cristal perclorato de imidazol, constituido por un arreglo no-centrosimétrico del catión imidazol (C3H5N2+) como ión energético y el anión perclorato (ClO4−) como oxidante Encontraron que tales cristales ferroeléctricos moleculares convierten la energía de onda térmica con una potencia específica de 1.8 kW kg–1 y se estima que la velocidad de detonación es de 7.20 ± 0.27 km s−1, comparable al trinitrotolueno y al hexanitroestilbeno.
El estudio revela que la generación de energía accionada químicamente es el resultado del fuerte acoplamiento entre las ondas térmicas y de choque de la descomposición del compuesto energético y el efecto piroeléctrico (interacción electrón-fonón) que posibilita una rápida liberación de energía eléctrica. Estos hallazgos pueden ser empleados en aplicaciones tecnológicas emergentes como fuentes de energía a pedido, la propulsión o en baterías térmicas.
Los resultados fueron publicados en Nature Communications
Más información en Nano Werck
No hay comentarios.:
Publicar un comentario