Nanotermit

Nanotermit (sjældent Superthermit ) er det almindelige navn for metastabile intermolekylære blandinger ( engelske metastabile intermolekylære kompositter , MIC'er ), som ved en stærk exoterm reaktion er kendetegnet ved deres betændelse. Nanotermitter indeholder - analogt med almindelig termit - et oxidationsmiddel og et reduktionsmiddel , som er blevet blandet fint i størrelsesorden nanometer . Nanotermitter tælles blandt de reaktive materialer og undersøges for mulig brug i militær , sprængstoffer og pyroteknik .

Hvad der adskiller nanotermit fra traditionel termit er partikelstørrelsen på oxidationsmiddel og reduktionsmiddel (normalt jernoxid og aluminium ): De er ikke til stede som en grov blanding (partikler i μm-området), men i form af nanopartikler , hvilket resulterer i nye forbrændingsegenskaber. For eksempel er massetransportmekanismernes indflydelse på forbrændingshastigheden på det nanoskopiske niveau ikke så stor som på det mikroskopiske niveau, hvilket betyder, at reaktionshastigheden for nanotermitter er signifikant højere end den for termitter, der traditionelt produceres ved blanding af mikrometer komponenter.

Typer

Der er mange termodynamisk stabile oxidator-reducerende midler kombinationer. Der er dog kun undersøgt en håndfuld indtil videre. Nogle af dem er:

Der er lagt stor vægt på kombinationerne aluminium / molybdænoxid, aluminium / teflon og aluminium / kobberoxid fra militærforskningens side. Andre testede forbindelser var baseret på nanoskopisk RDX såvel som termoplastiske elastomerer . PTFE (Teflon) eller andre fluorpolymerer kan anvendes som bindemiddel til blandingen. Dens reaktion med aluminiumet tilføjer energi til reaktionen, noget lignende kan også observeres med en magnesium / Teflon / Viton kombination. Af de kombinationer, der er anført her, Al / KMnO 4 har den højeste reaktivitet , efterfulgt af kombinationerne Al / moo 3 og Al / CuO med en reaktivitet, der er omkring to størrelsesordener lavere. Al / Fe 2 O 3 følger endnu tydeligere .

Lignende men ikke identiske systemer er nanolaminerede pyrotekniske blandinger ( nano-laminerede pyrotekniske sammensætninger ), de er som energiske Nano-blandinger ( nanokompositter energiske henvist). I sådanne systemer er oxidatoren og reduktionsmidlet ikke nødvendigvis i form af små partikler, men består af tynde lag, der er arrangeret skiftevis. For eksempel kan en energisk flerlagsstruktur beklædes med et energisk forstærkningsmateriale.

Ved at vælge materialerne (næsten alle metaller er egnede) og vælge lagstørrelser kan de funktionelle egenskaber ved en sådan flerlagsstruktur indstilles målrettet. Dette inkluderer hastigheden på reaktionsfronten, antændelsestemperaturen og energiudbyttet af den forventede reaktion af ureagerede lag.

produktion

Som en del af nanoteknologi er produktionen af ​​nanotermit en banebrydende teknologi (/ højteknologi). I den henseende er produktionen underlagt tekniske forhindringer, der skal overvindes, og er kun tilgængelig for et meget begrænset antal producenter.
Nanopartikler kan opnås fra en opløsning ved spraytørring , uopløselige nanopartikler kan fremstilles af egnede udgangsmaterialer ved hjælp af pyrolyse . Materialerne kan blandes ved anvendelse af en sol-gel-proces såvel som konventionel vådblanding og presning.

Desuden er den dynamiske gasfasekondensation ( dynamisk gasfasekondensation ) en nanoskala ( UFG - ultrafint korn ) til at producere aluminium - en vigtig komponent i de fleste nanotermitter. Denne metode blev udviklet af Wayne Danen og Steve Son ved Los Alamos National Laboratory . Den Indian Head Division i den Naval Surface Warfare Centre anvender en variant af denne metode.

Det væsentlige krav til enhver produktionsproces er evnen til at producere partikler i størrelsen på et par dusin nanometer uden at tillade for stor variation i partikelstørrelsen. I 2002 krævede det (stadig) en betydelig indsats for at producere aluminium i nanoskala. Kommercielle producenter var derfor næppe tilgængelige.

Nanolaminerede pyrotekniske sammensætninger ( energiske nanokompositter ) med variabel tæthed kan fremstilles ved hjælp af sol-gel-processen - en metode spores tilbage til Randall Simpson, Alexander Gash og andre forskere ved Lawrence Livermore National Laboratory . Den superkritiske ekstraktion muliggør produktion af meget porøse og meget ensartede produkter.

betændelse

Nanotermit er lettere at antænde end traditionel termit. I nogle tilfælde kan direkte tænding udføres ved hjælp af en elektronisk tænding lavet af nikkel-kromtråd. Andre blandinger kan antændes af flammer eller laserimpulser . Temperaturen i reaktionsområdet kan overstige 2700 ° C.

Ansøgninger

Metastabile intermolekylære blandinger (MIC) undersøges hovedsageligt for mulig militær anvendelse (drivmidler, sprængstoffer, pyroteknik). På grund af dens signifikant højere reaktionshastighed sammenlignet med konventionel termit, forskes der i nanotermit som et muligt udgangsmateriale til produktion af nye, mere eksplosive typer bomber , herunder aerosolbomber . Forskning i nanoskopiske materialer med fokus på militære anvendelser begyndte omkring 1990.

MIC'er handles som mulige efterfølgere til blyholdige ( blysyfnat , blyazid ) perkussionhætter og elektriske detonatorer . Al / Bi 2 O 3 blandinger er egnet til dette, PETN (Nitropenta) kan eventuelt tilsættes . Desuden kan egenskaberne ved konventionelle sprængstoffer ændres ved at tilføje MIC'er. For eksempel blandes aluminiumpulver med sprængstoffer for at øge deres energiudbytte, og tilsætningen af ​​MIC'er til aluminiumpulveret øger også materialets forbrændingshastighed .

farer

Nanotermit er et farligt stof, fordi dets reaktion forårsager ekstremt høje temperaturer, og når det først er startet, kan det næppe stoppes. Derudover spiller stoffets sammensætning og form en afgørende rolle i nanotermit, da disse har en afgørende indflydelse på forbrændingsegenskaberne.

En termitreaktion udsender intenst lys i det synlige og usynlige spektrum (ultraviolet stråling), så der uden beskyttelsesforanstaltninger er risiko for blindhed og forbrændinger på huden.

Se også

litteratur

  • A. Prakash, A. V. McCormick, M. R. Zachariah: Syntese og reaktivitet af en superreaktiv metastabil intermolekylær sammensat formulering af Al / KMnO4 . 30. marts 2005.
  • Zhang Rui, Xue Yan, Jiang Juncheng: Performance of Nanocomposite Energetic Materials Al-MoO 3 . ( DOC; 1,5 MB ( minder om 20. februar 2012 i internetarkivet ) [adgang til 2. august 2012]).
  • John J. Granier: Forbrændingskarakteristika for al-nanopartikler og nanokomposit Al + MoO 3- termitter . Red.: Texas Tech University. Maj 2005.

Individuelle beviser

  1. ↑ Dustin T. Osborne, Michelle L. Pantoya: Virkning af Al partikelstørrelse på den termiske nedbrydning af Al / teflon blandinger . I: Forbrændingsvidenskab og teknologi . bånd 179 , nr. 8 , 2007, s. 1467-1480 , doi : 10.1080 / 00102200601182333 ( PDF ).
  2. ↑ a b c d e James S. Murday: The Coming Revolution: Science and Technology of Nanoscale Structures . I: AMPTIAC kvartalsvis . bånd 6 , nr. 1 , 2002 ( p2ric.org [PDF]).
  3. ^ Naval Studies Board: 2002 Assessment of the Office of Naval Research's Air and Surface Weapons Technology Program. I: The National Academies Press. National Academy of Sciences, 2002, s. 22 , adgang til 2. august 2012 .
  4. And Anand Prakash: Reaktionskinetik og termodynamik af nanotermitdrivmidler. 23. marts 2005, adgang til 2. august 2012 .
  5. ↑ a b c Patent US7951247 : Nano-laminatbaserede tændere. Udgivet den 31. maj 2011 , opfinder: Troy W. Barbee, Jr., Randall L. Simpson, Alexander E. Gash, Joe H. Satcher, Jr.
  6. ↑ John Gartner: Militære genindlæsninger med Nanotech. I: Teknologianmeldelse. MIT , 21. januar 2005, adgang til 2. august 2012 .
  7. ↑ Todd M. Allen: metastabile Intermolekylær Composites (MIC) for små Caliber Cartridges og patronstartere. (PDF, 204KB) November 2011, adgang den 2. august 2012 (engelsk).
  8. ↑ Journal of Pyrotechnics (red.): Udvalgte pyrotekniske publikationer fra KL og BJ Kosanke . bånd 7 ( jpyro.co.uk [adgang til 2. august 2012]).
  9. ^ Kemisk afdeling Kapaciteter. (Ikke længere tilgængelig online.) I: Los Alamos National Lab: National Security Science. Los Alamos National Security, LLC, arkiveret fra originalen den 27. maj 2010 ; adgang 2. august 2012 . Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller original- og arkivlinket i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. @ 1@ 2Skabelon: Webachiv / IABot / pearl1.lanl.gov
  10. ↑ Demitrios Stamatis, Xianjin Jiang, Ervin Beloni, Edward L. Dreizin: Aluminium Burn Rate Rate Modifiers Baseret på reaktive nanokompositter . 2008 ( ntnu.no [PDF; 262 kB ; adgang 2. august 2012]).