メレンゲのような形態と Nanothermite: 超多孔質オブジェクトにルース パウダーから

この手順の全体的な目標は、アルミニウムナノ粉末とオルトリン酸との反応による多孔質および固体のアルミノリン酸マトリックスまたはナノサーマイトフォームの調製を説明することです。この方法は、ナノサーマイトルースパウダーを固体、多孔質、モノリシック、反応性物体に安定化する方法など、ナノサーマイト分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、ナノサーマイトが取り扱いが容易で遊離ナノ粒子を含まない固体物体に変換されることです。

その手順を実演するのは、私の研究室のポスドクであるセドリック・マーティンです。この手順を開始するには、まず3.00グラムのアルミニウムナノ粉末を秤量します。3ミリリットルのポリエチレンパスツールピペットを使用して、85%の市販のオルトリン酸溶液の4.00グラムを150ミリリットルのビーカーに滴下します。

1ミリリットルのポリエチレンパスツールピペットを使用して、0〜2ミリリットルの脱イオン水を追加し、ビーカーを手でゆっくりと回転させて溶液を均質化します。次に、ビーカーを爆発室に移します。事前に秤量したアルミニウムナノ粉末をビーカーに加えます。

ステンレス製のヘラを使用して、溶液をすばやく混合します。すぐに爆発室を閉じます。その後、発泡反応が発生するのを待ちます。

反応が完了したら、アルミノリン酸マトリックスが冷えるまでさらに10分待ちます。この後、実験室のボウトングを使用して、ビーカーを爆発室から取り外します。ビーカーの壁に付着しているサンプルを慎重に破砕して回収します。

まず、3.00グラムのアルミニウムナノ粉末と3.45グラムの三酸化タングステンナノ粉末を100ミリリットルの丸底フラスコに加えます。ボルテックスミキサーを使用して、ナノ粉末を2, 500rpmで混合する。静電放電リストストラップを装着し、適切に接地されていることを確認してください。

次に、ステンレス鋼のヘラを使用して、混合物を穏やかに攪拌します。次に、ボルテックスミキサーを使用して、ナノサーマイト混合物を2, 500rpmでさらに均質化します。この後、3ミリリットルのポリエチレンパスツールピペットを使用して、4.00ミリリットルのビーカーに150グラムのオルトリン酸を滴下します。

1ミリリットルのポリエチレンパスツールピペットを使用して、0〜2ミリリットルの脱イオン水を追加します。ビーカーを手でゆっくりと回転させて、溶液を均質化します。次に、ビーカーを爆発室に移します。

調製したナノサーマイト混合物をビーカーに加えます。次に、ステンレス製のヘラを使用して、溶液をすばやく混合します。この後、すぐに爆発室を閉じてください。

発泡反応が完了したら、ナノサーマイトフォームが冷えるまでさらに10分待ちます。実験室のボウトングを使用して、ビーカーを爆発室から取り外します。ビーカーの壁に付着しているサンプルを慎重に破砕して回収します。

まず、調製したリン酸アルミノマトリックスまたは調製したナノサーマイトフォームのいずれかを爆発チャンバーに入れます。選択したサンプルの近くに火工品点火器を置きます。爆発室を閉じます。

この後、イグナイターを安全な電子機器に接続します。次に、火工品チェーンを発射します。毎秒10, 000から30, 000フレームの速度で動作する超高速カメラを使用して、装甲窓を通して燃焼を観察します。

この手順では、オルトリン酸とアルミニウムナノ粉末との間の反応により、可燃性のアルミノリン酸マトリックスを合成します。X線回折分析により、合成されたアルミノリン酸マトリックス中に結晶化したアルミニウムとリン酸アルミニウムの両方が存在することが確認されます。熱電対データは、発泡反応中の各ナノサーマイトペーストの温度がオルトリン酸の濃度に依存することを示しています。

濃度が高いほど、温度の上昇が速くなります。つまり、酸性溶液を水で希釈すると、反応媒体の温度上昇が鈍化します。ただし、オルトリン酸を無水リンなどの強力な乾燥剤で乾燥させることはお勧めしません。

水がないと、ペーストは急速加熱され、エネルギー泡が発火し、空気中で水素爆発を引き起こす可能性があります。これらの希釈溶液から製造されたナノサーマイトフォームは、機械的強度が高くなりますが、膨張は少なくなります。X線回折分析により、これらの発泡体には結晶化したアルミニウム、リン酸アルミニウム、および三酸化タングステンが含まれていることが明らかになりましたが、三酸化タングステンは発泡反応と化学的に相互作用しません。

この手順を試みる際には、アルミノホスフェートとナノサーマイトの形態は、発火すると激しく燃焼する高エネルギー材料であることを覚えておくことが重要です。その開発後、この技術は、火工品システムへのナノサーマイトの統合を探求するための高エネルギー材料分野の研究への道を開きました。高エネルギーナノ材料の取り扱いは非常に危険であり、この手順を実行する際には、適切な保護具の着用や火工品設備での操作などの予防措置を常に講じる必要があることを忘れないでください。