Nanotermiitti

Nanotermiitti (harvinainen supertermit ) on yleinen nimi metastabileille molekyylien välisille seoksille ( englanninkieliset metastable intermolecular composites , MIC ), jotka erottuvat voimakkaalla eksotermisellä reaktiolla tulehduksellaan. Nanothermites sisältää - analogisia tavallisille termiittireaktion - hapettimen ja pelkistimen , joka on hienoksi sekoitettu käytettäessä suuruusluokkaa nanometriä . Nanotermitit lasketaan reaktiivisten materiaalien joukkoon ja tutkitaan niiden mahdollisen käytön sotilaallisissa , räjähteissä ja pyrotekniikassa .

Mikä erottaa nanotermiitin perinteisestä termiitistä, on hapettimen ja pelkistimen (yleensä rautaoksidi ja alumiini ) hiukkaskoko: Niitä ei ole karkeana seoksena (hiukkaset μm-alueella), vaan nanohiukkasten muodossa , mikä johtaa uusiin palamisominaisuudet. Esimerkiksi massansiirtomekanismien vaikutus palamisnopeuteen nanoskooppisella tasolla ei ole yhtä suuri kuin mikroskooppisella tasolla, mikä tarkoittaa, että nanotermiittien reaktionopeus on merkittävästi suurempi kuin termiittien, joka on perinteisesti tuotettu sekoittamalla mikrometrin kokoisia komponentit.

Tyypit

Termodynaamisesti stabiileja hapettimia pelkistäviä aineita on monia. Tähän mennessä on kuitenkin tutkittu vain kourallinen. Jotkut niistä ovat:

Sotilastutkimuksessa on kiinnitetty huomattavaa huomiota alumiini / molybdeenioksidi, alumiini / tefloni ja alumiini / kuparioksidi -yhdistelmiin. Muut testatut yhdisteet perustuivat nanoskooppiseen RDX : ään sekä termoplastisiin elastomeereihin . PTFE: tä (teflonia) tai muita fluoripolymeerejä voidaan käyttää seoksen sideaineena. Sen reaktio alumiinin kanssa lisää reaktioon energiaa, jotain vastaavaa voidaan havaita myös magnesium / Teflon / Viton- yhdistelmällä. Tässä luetelluista yhdistelmistä Al / KMnO 4: llä on korkein reaktiivisuus , jota seuraavat yhdistelmät Al / MoO 3 ja Al / CuO, joiden reaktiivisuus on noin kaksi suuruusluokkaa pienempi. Al / Fe 2 O 3 seuraa vielä selvemmin .

Samanlaisia, mutta ei identtisiä järjestelmiä ovat nanolaminoidut pyrotekniset seokset ( nanolaminoidut pyrotekniset koostumukset ), ne ovat yhtä energisiä nanoseoksia ( nanokomposiitit energinen viitataan). Tällaisissa järjestelmissä hapetin ja pelkistin eivät välttämättä ole pienien hiukkasten muodossa, vaan ne koostuvat ohuista kerroksista, jotka on järjestetty vuorotellen. Esimerkiksi energinen monikerroksinen rakenne voidaan verhoilla energisellä vahvistusmateriaalilla.

Valitsemalla materiaalit (melkein kaikki metallit ovat sopivia) ja kerrosten koot, tällaisen monikerroksisen rakenteen toiminnalliset ominaisuudet voidaan asettaa kohdennetulla tavalla. Tähän sisältyy reaktion etunopeus, syttymislämpötila ja reagoimattomien kerrosten odotetun reaktion energiantuotto.

tuotanto

Osana nanoteknologiaa nanotermiitin tuotanto on huipputekniikkaa (/ korkean teknologian). Tässä suhteessa sen tuotantoon liittyy teknisiä esteitä, jotka on voitettava, ja se on vain hyvin rajoitetun määrän tuottajien käytettävissä.
Nanohiukkasia voidaan saada liuoksesta sumukuivaamalla , liukenemattomia nanohiukkasia voidaan tuottaa sopivista lähtöaineista pyrolyysin avulla . Materiaalit voidaan sekoittaa käyttämällä sooli-geeli-prosessia sekä tavanomaista märkäsekoitusta ja puristamista.

Lisäksi dynaaminen kaasufaasikondensaatio ( dynaaminen kaasufaasikondensaatio ) on mahdollisuus nanoskaalalla ( UFG - erittäin hienorakeinen ) tuottaa alumiinia - tärkein osa useimmista nanotermiiteistä. Tämän menetelmän ovat kehittäneet Wayne Danen ja Steve Son Los Alamosin kansallisessa laboratoriossa . Indian Head osasto Naval Surface Warfare Centre käyttää muunnelmaa tämän menetelmän.

Jokaisen tuotantoprosessin olennainen vaatimus on kyky tuottaa muutaman kymmenen nanometrin kokoisia hiukkasia sallimatta hiukkaskokossa liian suurta varianssia. Vuonna 2002 se (vielä) vaati huomattavia ponnisteluja nanokokoisen alumiinin valmistamiseksi. Kaupallisia valmistajia ei siis tuskin ollut saatavilla.

Nanolaminoidut pyrotekniset koostumukset ( energiset nanokomposiitit ), joiden tiheys on vaihteleva, voidaan valmistaa sol-geeliprosessilla - menetelmä, joka on peräisin Randall Simpsonilta, Alexander Gashilta ja muilta Lawrence Livermoren kansallisen laboratorion tutkijoilta . Ylikriittinen uutto mahdollistaa tuotannon erittäin huokoisen ja erittäin tasainen tuotteita.

tulehdus

Nanotermiitti on helpompi syttyä kuin perinteinen termiitti. Joissakin tapauksissa suora sytytys voidaan suorittaa käyttämällä nikkelikromilangasta valmistettua elektronista sytytintä. Muut seokset voivat syttyä liekillä tai laserpulsseilla . Lämpötila reaktioalueella voi ylittää 2700 ° C.

Sovellukset

Metastabiileja molekyylien välisiä seoksia (MIC) tutkitaan pääasiassa mahdollisen sotilaskäytön (ponneaineet, räjähteet, pyrotekniikka) suhteen. Koska sen reaktioprosentti on huomattavasti korkeampi kuin tavanomaisessa termiitissä, tutkitaan nanotermiittiä mahdollisena lähtöaineena uuden, räjähtävämmän pommityypin , mukaan lukien aerosolipommit, valmistamiseen . Nanoskooppisten materiaalien tutkimus keskittyen sotilaskäyttöön aloitettiin noin vuonna 1990.

MIC-arvot ovat kauppaa mahdollisimman seuraajat johtaa sisältäviä (lyijy syphnate , lyijyatsidia ) sytytysnallit ja sähköinen sytyttimet . Al / Bi 2 O 3 seokset ovat sopivia tähän, PETN (Nitropenta) voidaan valinnaisesti lisätä . Lisäksi tavanomaisten räjähteiden ominaisuuksia voidaan muuttaa lisäämällä MIC: itä. Esimerkiksi alumiinijauhe sekoitetaan räjähteisiin niiden energiatehokkuuden lisäämiseksi, ja MIC-yhdisteiden lisääminen alumiinijauheeseen lisää myös materiaalin palamisnopeutta .

vaarat

Nanotermiitti on vaarallinen aine, koska sen reaktio aiheuttaa erittäin korkeita lämpötiloja, ja aloitettuaan sitä tuskin voidaan pysäyttää. Lisäksi aineen koostumuksella ja muodolla on ratkaiseva merkitys nanotermiitissä, koska niillä on ratkaiseva vaikutus palamisominaisuuksiin.

Lämpöreaktio lähettää voimakasta valoa näkyvässä ja näkymättömässä spektrissä (ultraviolettisäteily), joten ilman suojatoimenpiteitä on olemassa sokeuden ja palovammojen vaara iholle.

Katso myös

kirjallisuus

  • A. Prakash, A. V. McCormick, M. R. Zachariah: Al / KMnO4: n superreaktiivisen metastabiilin molekyylien välisen komposiittiyhdistelmän synteesi ja reaktiivisuus . 30. maaliskuuta 2005.
  • Zhang Rui, Xue Yan, Jiang Juncheng: Nanokomposiittienergisten materiaalien suorituskyky Al-MoO 3 . ( DOC; 1,5 Mt ( muisto 20. helmikuuta 2012 Internet-arkistossa ) [käytetty 2. elokuuta 2012]).
  • John J. Granier: Al-nanohiukkasten ja nanokomposiitti Al + MoO 3- termiittien palamisominaisuudet . Toim.: Texas Tech University. Toukokuu 2005.

Yksittäiset todisteet

  1. ↑ Dustin T. Osborne, Michelle L. Pantoya: Al-partikkelikoon vaikutus Al / teflon-seosten lämpöhajoamiseen . Julkaisussa: Combustion Science and Technology . nauha 179 , ei. 8 , 2007, s. 1467-1480 , doi : 10.1080 / 00102200601182333 ( PDF ).
  2. B a b c d e James S.Murday: Tuleva vallankumous: Nanoskaalarakenteiden tiede ja tekniikka . Julkaisussa: AMPTIAC Quarterly . nauha 6 , ei. 1 , 2002 ( p2ric.org [PDF]).
  3. ^ Meritutkintalautakunta: Meriarviointitoimiston ilma- ja pinta-asetekniikkaohjelman arviointi 2002. Julkaisussa: The National Academies Press. National Academy of Sciences, 2002, s.22 , käytetty 2. elokuuta 2012 .
  4. ↑ Anand Prakash: Nanotermiittiponneaineiden reaktiokinetiikka ja termodynamiikka. 23. maaliskuuta 2005, luettu 2. elokuuta 2012 .
  5. ↑ a b c Patentti US 7951247 : Nanolaminaattipohjaiset sytyttimet. Julkaistu 31. toukokuuta 2011 , keksijä: Troy W. Barbee, Jr., Randall L.Simpson, Alexander E.Gash, Joe H.Satcher, Jr.
  6. ↑ John Gartner: Military Reloads Nanotechin kanssa. Julkaisussa: Technology Review. MIT , 21. tammikuuta 2005, käyty 2. elokuuta 2012 .
  7. ↑ Todd M. Allen: Metastabiilit molekyylien väliset komposiitit (MIC) pienikokoisille kaseteille ja patruunakäyttöisille laitteille. (PDF, 204KB) marraskuu 2011, käyty 2. elokuuta 2012 (englanti).
  8. ↑ Journal of Pyrotechnics (Toim.): KL: n ja BJ Kosanken valitut pyrotekniset julkaisut . nauha 7 ( jpyro.co.uk [käytetty 2. elokuuta 2012]).
  9. ^ Kemiajaoston valmiudet. (Ei enää saatavana verkossa.) Julkaisussa: Los Alamos National Lab: National Security Science. Los Alamos National Security, LLC, arkistoitu alkuperäisestä 27. toukokuuta 2010 ; luettu 2. elokuuta 2012 . Info: Arkistolinkki lisättiin automaattisesti eikä sitä ole vielä tarkistettu. Tarkista alkuperäinen ja arkistolinkki ohjeiden mukaisesti ja poista sitten tämä ilmoitus. @ 1@ 2Malline: Webachiv / IABot / pearl1.lanl.gov
  10. ↑ Demitrios Stamatis, Xianjin Jiang, Ervin Beloni, Edward L.Dreizin: Alumiinin palamisnopeuden muuttajat, jotka perustuvat reaktiiviseen nanokomposiittiin . 2008 ( ntnu.no [PDF; 262 kB ; (käytetty 2. elokuuta 2012]).