《Science》：“智能”高分子添加剂使航空燃料更安全

如今的世界由于飞机等高速交通工具而变得更“小”了，人们可以借助飞机在很短的时间里到达地球上几乎所有地区。除了不久前环球试飞的太阳能飞机，目前这些飞行器前进的能量多来自于特殊的航空燃料。这种航空燃料的燃烧效率非常高，但也有严重的隐患：当这些燃料在经历碰撞时，其中的碳氢化合物极易形成由很多微小液滴组成的雾状物，这使得其比正常液态的燃料更易爆炸燃烧。

目前防止和减少燃料形成雾状物的方法是向其中加入长链的液态高分子材料，而且这些高分子主链越长越能阻止细小液滴的形成，而大的燃料液滴不易在空气中停留，这样就能大大减少爆炸的风险。但是，太长的高分子链由于流体切向张力的原因并不稳定，容易断裂。而且过长的分子会互相缠绕结块，使发动机里的燃料泵堵塞。

最近，美国航空航天局喷气推进实验室和加州理工学院的一个化学家团队，研发出了一种新的高分子添加剂，旨在解决这个两难的问题。他们首先通过理论计算设计了一种长度适中的高分子模块，其两端分别是可以通过较强氢键作用“粘合”在一起的二元酸或二元碱的基团。这样，只需要很低的添加剂浓度（0.3 wt.%）。在一般情况下，这些高分子模块自身首尾相连成环，而当受到外力碰撞或高速流动时，这些分子环又在流体切向力的作用下打开，与其它高分子模块互相连接形成暂时的长链（≥5000 kg/mol），从而可以有效的抑制燃料雾化。换句话说，长链只在需要的时候动态形成，从而可以有效地解决这一难题。

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事实上，在设计出这样一种高分子后，该研究团队又花了4年才把它合成出来，并将其发表于最近的《Science》杂志上。

该研究的通讯作者，加州理工学院的化学工程教授Julia A. Kornfield说，“最有效的端基同样也是最简单的基团，只是用羧酸基团作为氢键供体而用叔胺作为氢键受体”。

“在我的脑海里此研究工作最令人印象深刻的是其端基的选择以及将其引入到他们的长距螯合聚合物中，”多伦多大学的高分子科学专家Mitchell A. Winnik评论说。这些端基使分子链接成线性长链。此外，其合成方法也相对简单。

Kornfield估计该添加剂将需要数年的时间才能被批准用于航空燃料中。她说，它们还具有其它的优点，在柴油发动机燃料中也有用武之地。

1. http://www.sciencemag.org/content/350/6256/72.full

2. http://news.sciencemag.org/chemistry/2015/10/video-new-additive-makes-fuel-less-explosion-prone