Nano-termit

Nanotermit eller supertermit är en metastabil intermolekylär komposit (MIC) som kännetecknas av en partikelstorlek av dess huvudbeståndsdelar, en metall och en metalloxid, under 100 nanometer . Detta möjliggör höga och anpassningsbara reaktionshastigheter. Nanotermiter innehåller ett oxidationsmedel och ett reduktionsmedel , som är intimt blandade på nanometerskalan. MIC, inklusive nanotermitiska material, är en typ av reaktiva material som undersöks för militär användning, såväl som för allmänna tillämpningar som involverar drivmedel, sprängämnen och pyroteknik .

Det som skiljer MIC från traditionella termiter är att oxidationsmedlet och ett reduktionsmedel, vanligtvis järnoxid och aluminium , är i form av extremt fina pulver ( nanopartiklar ). Detta ökar dramatiskt reaktiviteten i förhållande till mikrometerstor pulvertermit. Eftersom masstransportmekanismerna som bromsar förbränningshastigheterna för traditionella termiter inte är så viktiga i dessa skalor, fortskrider reaktionen mycket snabbare.

Potentiella användningsområden

Historiskt sett har pyrotekniska eller explosiva tillämpningar för traditionella termiter varit begränsade på grund av deras relativt låga energiutsläppshastigheter. Eftersom nanotermiter skapas från reaktantpartiklar med närhet som närmar sig atomskalan, är energifrisättningshastigheterna mycket större.

MICs eller super-thermites är i allmänhet utvecklade för militär användning, drivmedel , sprängämnen, brandanordningar och pyroteknik . Forskning om militära tillämpningar av material i nanostorlek började i början av 1990-talet. På grund av deras kraftigt ökade reaktionshastighet studeras nanotermitiska material av den amerikanska militären i syfte att utveckla nya typer av bomber flera gånger kraftigare än konventionella sprängämnen. Nanoenergetiska material kan lagra mer energi än konventionella energimaterial och kan användas på innovativa sätt för att skräddarsy frigörandet av denna energi. Termobariska vapen är en potentiell tillämpning av nanoenergetiska material.

Typer

Det finns många möjliga termodynamiskt stabila kombinationer av bränsle-oxidationsmedel. Några av dem är:

Inom militär forskning har aluminium- molybdenoxid , aluminium- teflon och aluminium-koppar(II)oxid fått stor uppmärksamhet. Andra testade kompositioner var baserade på RDX i nanostorlek och med termoplastiska elastomerer . PTFE eller annan fluorpolymer kan användas som bindemedel för kompositionen. Dess reaktion med aluminium, liknande magnesium/teflon/viton termit, tillför energi till reaktionen. Av de listade kompositionerna har den med kaliumpermanganat den högsta trycksättningshastigheten .

Den vanligaste metoden för att framställa nanoenergetiska material är genom ultraljud i mängder på mindre än 2g. Viss forskning har utvecklats för att öka produktionsskalorna. På grund av den mycket höga känsligheten för elektrostatisk urladdning (ESD) hos dessa material är skalor under 1 gram för närvarande typiska.

Produktion

Nanoaluminium, eller ultrafinkornigt (UFG) aluminium, pulver är en nyckelkomponent i de flesta nanotermitiska material. En metod för att framställa detta material är den dynamiska gasfaskondensationsmetoden, banad av Wayne Danen och Steve Son vid Los Alamos National Laboratory . En variant av metoden används vid Indian Head Division av Naval Surface Warfare Center . En annan metod för produktion är elektrotermisk syntes, utvecklad av NovaCentrix, som använder en pulsad plasmabåge för att förånga aluminiumet. Pulvren som framställs av den dynamiska gasfaskondensationen och de elektrotermiska syntesprocesserna går inte att särskilja. En kritisk aspekt av produktionen är förmågan att producera partiklar av storlekar inom tiotals nanometerintervallet, samt med en begränsad fördelning av partikelstorlekar. År 2002 krävde produktionen av aluminiumpartiklar i nanostorlek avsevärd ansträngning och kommersiella källor för materialet var begränsade.

En tillämpning av sol-gel- metoden, utvecklad av Randall Simpson, Alexander Gash och andra vid Lawrence Livermore National Laboratory , kan användas för att göra de faktiska blandningarna av nanostrukturerade kompositenergimaterial. Beroende på processen kan MIC med olika densitet produceras. Mycket porösa och enhetliga produkter kan uppnås genom superkritisk extraktion.

Tändning

Som med alla sprängämnen har forskning om kontroll men enkelhet varit ett mål för forskning om sprängämnen i nanoskala. Vissa kan antändas med laserpulser .

MIC har undersökts som en möjlig ersättning för bly (t.ex. blystyfnat , blyazid ) i slaglock och elektriska tändstickor . Kompositioner baserade på Al-Bi2O3 tenderar att användas . PETN kan eventuellt läggas till.

Aluminiumpulver kan tillsättas till nanosprängämnen . Aluminium har en relativt låg förbränningshastighet och en hög förbränningsentalpi .

Produkterna från en termitreaktion, som härrör från antändning av den nanotermitiska blandningen, är vanligtvis metalloxider och elementära metaller. Vid de temperaturer som råder under reaktionen kan produkterna vara fasta, flytande eller gasformiga, beroende på komponenterna i blandningen.

Faror

Precis som konventionell termit reagerar supertermit vid mycket hög temperatur och är svår att släcka. Reaktionen producerar farligt ultraviolett (UV) ljus, vilket kräver att reaktionen inte ses direkt eller att speciella ögonskydd (till exempel en svetsmask) bärs.

Dessutom är supertermiter mycket känsliga för elektrostatisk urladdning (ESD). Att omge metalloxidpartiklarna med kolnanofibrer kan göra nanotermiter säkrare att hantera.

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nano-thermite&oldid=1140687286 "