В 1987 году ученые впервые синтезировали химическое вещество CL-20. Этому высокоэнергетического соединению пророчили небывалый успех в энергетике — в качестве основы энергоносителей и топливных элементов следующего поколения.
Высокоэнергетические материалы — класс новых энергоемких веществ, способных выделять большое количество энергии при относительно малой массе. Такие вещества используются в областях, где необходимо много энергии,— в металлургии при создании новых легких сверхпрочных сплавов или в качестве твердого топлива для ракет.
Каркас молекулы CL-20 построен из атомов углерода и водорода и очень сильно напряжен. При этом молекулы довольно устойчивы и притягиваются друг к другу, образуя кристаллы. При этом у вещества есть существенный недостаток: связи между отдельными молекулами являются ван-дер-ваальсовыми, слишком слабыми, поэтому кристаллы имеют низкую плотность и плохую кинетическую устойчивость. Долгое время считалось, что сильная ковалентная связь между двумя молекулами CL-20 невозможна, так как она их попросту разрушит.
А ведь именно ковалентное связывание могло бы обеспечить более плотную упаковку отдельных фрагментов CL-20 в кристалле и повысило бы энергоэффективности этих соединений и их их кинетическую устойчивость.
Но надежда создать такую структуру все-таки была — другие наноструктуры с напряженным каркасом, например, фуллерены или углеводородный кубан, способны образовывать не только молекулярные, но и ковалентные комплексы.
Решить загадку смогли исследователи из ядерного университета МИФИ. Они с помощью компьютерного моделирования продемонстрировали механизм образования кристаллов, в которых отдельные молекулы связаны сильными ковалентными связями при помощи специальных молекулярных мостиков — метиленовых соединителей (–CH2–). Оказалось, что метод универсален и может использоваться для построения других энергоемких кристаллов. Теперь дело за малым — экспериментально проверить свойства кристаллов и найти технологию их дешевого производства. Тогда у нас появятся новые эффективные энергоносители