Nanotermita

Nanotermita (raro Superthermit ) es el nombre común de las mezclas intermoleculares metaestables ( compuestos intermoleculares metaestables en inglés , MIC ) que por una fuerte reacción exotérmica se distinguen por su inflamación. Las nanotermitas contienen, análogamente a la termita ordinaria , un oxidante y un agente reductor , que se han mezclado finamente en un orden de magnitud de nanómetros . Las nanotermitas se cuentan entre los materiales reactivos y se examinan para su posible uso en militares , explosivos y pirotecnia .

Lo que distingue a la nanotermita de la termita tradicional es el tamaño de partícula del oxidante y del agente reductor (generalmente óxido de hierro y aluminio ): no están presentes como una mezcla gruesa (partículas en el rango de μm) sino en forma de nanopartículas , lo que da como resultado nuevos propiedades de combustión. Por ejemplo, la influencia de los mecanismos de transporte de masa en la velocidad de combustión en el nivel nanoscópico no es tan grande como en el nivel microscópico, lo que significa que la velocidad de reacción de las nanotermitas es significativamente mayor que la de las termitas tradicionalmente producidas mezclando micrometros. componentes.

Tipos

Hay muchas combinaciones de agentes oxidantes-reductores termodinámicamente estables. Sin embargo, hasta ahora solo se han investigado unos pocos. Algunos de ellos son:

Se ha prestado mucha atención a las combinaciones de aluminio / óxido de molibdeno, aluminio / teflón y aluminio / óxido de cobre por parte de la investigación militar. Otros compuestos probados se basaron en RDX nanoscópico , así como en elastómeros termoplásticos . Se puede usar PTFE (teflón) u otros fluoropolímeros como aglutinante de la mezcla. Su reacción con el aluminio agrega energía a la reacción, algo similar también se puede observar con una combinación de magnesio / teflón / vitón . De las combinaciones enumeradas aquí, Al / KMnO 4 tiene la reactividad más alta , seguida de las combinaciones Al / MoO 3 y Al / CuO con una reactividad que es aproximadamente dos órdenes de magnitud menor. Al / Fe 2 O 3 sigue aún más claramente .

Sistemas similares pero no idénticos son las mezclas pirotécnicas nanolaminadas ( Composiciones pirotécnicas nanolaminadas ), son como nano mezclas energéticas ( nanocomposites energéticos referidos). En tales sistemas, el oxidante y el agente reductor no están necesariamente en forma de partículas diminutas, sino que consisten en capas delgadas que están dispuestas alternativamente. Por ejemplo, una estructura energética multicapa se puede revestir con un material de refuerzo energético.

Al seleccionar los materiales (casi todos los metales son adecuados) y seleccionar los tamaños de capa, las propiedades funcionales de dicha estructura multicapa se pueden establecer de manera específica. Esto incluye la velocidad del frente de reacción, la temperatura de ignición y la producción de energía de la reacción esperada de las capas sin reaccionar.

producción

Como parte de la nanotecnología, la producción de nanotermita es una tecnología de vanguardia (/ alta tecnología). En este sentido, su producción está sujeta a obstáculos técnicos que deben superarse y solo está disponible para un número muy limitado de productores.
Las nanopartículas se pueden obtener a partir de una solución mediante secado por pulverización , las nanopartículas insolubles se pueden producir a partir de materias primas adecuadas mediante pirólisis . Los materiales se pueden mezclar usando un proceso sol-gel , así como también mediante el mezclado y prensado en húmedo convencionales.

Además, la condensación dinámica en fase gaseosa ( condensación dinámica en fase gaseosa ) es una posibilidad a nanoescala ( UFG - grano ultrafino ) para producir aluminio - un componente importante de la mayoría de las nanotermitas. Este método fue desarrollado por Wayne Danen y Steve Son en el Laboratorio Nacional de Los Alamos . La División Principal de la India del Centro de Guerra de Superficie Naval utiliza una variante de este método.

El requisito esencial de todo proceso de producción es la capacidad de producir partículas del tamaño de unas pocas docenas de nanómetros sin permitir una variación demasiado grande en el tamaño de las partículas. En 2002 (todavía) requería un esfuerzo considerable para producir aluminio a nanoescala. Por tanto, apenas había fabricantes comerciales disponibles.

Se pueden fabricar composiciones pirotécnicas nanolaminadas ( nanocompuestos energéticos ) de densidad variable utilizando el proceso sol-gel , una metodología que se remonta a Randall Simpson, Alexander Gash y otros investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . La extracción supercrítica permite la producción de productos muy porosos y muy uniformes.

inflamación

La nanotermita es más fácil de encender que la termita tradicional. En algunos casos, el encendido directo se puede realizar utilizando un encendedor electrónico fabricado con alambre de níquel-cromo. Otras mezclas pueden encenderse mediante llamas o pulsos de láser . La temperatura en el área de reacción puede superar los 2700 ° C.

Aplicaciones

Las mezclas intermoleculares metaestables (MIC) se examinan principalmente para su posible uso militar (propelentes, explosivos, pirotecnia). Debido a su velocidad de reacción significativamente más alta en comparación con la termita convencional, se está investigando la nanotermita como posible material de partida para la producción de nuevos tipos de bombas más explosivas, incluidas las bombas de aerosol . La investigación de materiales nanoscópicos con un enfoque en aplicaciones militares comenzó alrededor de 1990.

Los MIC se comercializan como posibles sucesores de los tapones de percusión y detonadores eléctricos que contienen plomo ( sifnato de plomo , azida de plomo ) . Para ello son adecuadas las mezclas de Al / Bi 2 O 3 , opcionalmente se puede añadir PETN (Nitropenta). Además, las propiedades de los explosivos convencionales se pueden cambiar agregando MIC. Por ejemplo, el polvo de aluminio se mezcla con explosivos para aumentar su rendimiento energético, y la adición de MIC al polvo de aluminio también aumenta la velocidad de combustión del material.

peligros

La nanotermita es una sustancia peligrosa porque su reacción provoca temperaturas extremadamente altas y una vez iniciada, difícilmente se puede detener. Además, la composición y la forma de la sustancia juegan un papel decisivo en la nanotermita, ya que tienen una influencia decisiva en las propiedades de combustión.

Una reacción de termita emite una luz intensa en el espectro visible e invisible (radiación ultravioleta), por lo que sin medidas de protección existe riesgo de ceguera y quemaduras en la piel.

Ver también

literatura

  • A. Prakash, A. V. McCormick, M. R. Zachariah: Síntesis y reactividad de una formulación compuesta intermolecular metaestable superreactiva de Al / KMnO4 . 30 de marzo de 2005.
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Evidencia individual

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