Nanothermite com merengue, como morfologia: de pó solto para objetos ultra porosos

O objetivo geral deste procedimento é descrever a preparação de matrizes de aluminofosfato porosas e sólidas ou espumas de nothermite pela reação de nanopó de alumínio com ácido ortofosfórico. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo do nanothermite, como estabilizar um pó solto de nanothermite em um objeto sólido, poroso, monolítico e reativo. A principal vantagem dessa técnica é que as nanotermites são transformadas em objetos sólidos, fáceis de manusear e não contêm nanopartículas livres.

Demonstrando o procedimento estará Cedric Martin, um pós-doutorado do meu laboratório. Para iniciar este procedimento, primeiro pese 3,00 gramas de nanopó de alumínio. Usando uma pipeta Pasteur de polietileno de três mililitros, adicione 4,00 gramas de uma solução comercial de ácido ortofosfórico a 85% gota a gota a um béquer de 150 mililitros.

Use uma pipeta Pasteur de polietileno de um mililitro para adicionar entre zero e dois mililitros de água deionizada e gire lentamente o béquer com a mão para homogeneizar a solução. Em seguida, transfira o béquer para a câmara de explosão. Adicione o nanopó de alumínio pré-pesado ao copo.

Use uma espátula de aço inoxidável para misturar rapidamente a solução. Feche imediatamente a câmara de explosão. Em seguida, espere que a reação de formação de espuma ocorra.

Quando a reação estiver concluída, aguarde mais 10 minutos para que a matriz de aluminofosfato esfrie. Em seguida, utilizar uma pinça de arco de laboratório para retirar o copo da câmara de explosão. Quebre cuidadosamente a amostra, que adere à parede do béquer, para recuperá-la.

Para começar, adicione 3,00 gramas de nanopó de alumínio e 3,45 gramas de nanopó de trióxido de tungstênio a um frasco de fundo redondo de 100 mililitros. Usando um misturador de vórtice, misture os nanopós a 2.500 rpm. Coloque uma pulseira de descarga eletrostática e certifique-se de estar devidamente aterrado.

Em seguida, use uma espátula de aço inoxidável para mexer suavemente a mistura. Em seguida, use o misturador de vórtice para homogeneizar ainda mais a mistura de nothermite a 2.500 rpm. Depois disso, use uma pipeta Pasteur de polietileno de três mililitros para adicionar 4,00 gramas de ácido ortofosfórico gota a gota a um béquer de 150 mililitros.

Usando uma pipeta Pasteur de polietileno de um mililitro, adicione entre zero e dois mililitros de água deionizada. Girar lentamente o copo com a mão para homogeneizar a solução. Em seguida, transfira o copo para a câmara de explosão.

Adicione a mistura de nothermite preparada ao copo. Em seguida, use uma espátula de aço inoxidável para misturar rapidamente a solução. Depois disso, feche imediatamente a câmara de explosão.

Quando a reação de formação de espuma estiver concluída, aguarde mais 10 minutos para que a espuma de nothermite esfrie. Usando uma pinça de arco de laboratório, remova o béquer da câmara de explosão. Quebre cuidadosamente a amostra, que adere à parede do béquer, para recuperá-la.

Para começar, coloque a matriz de aluminofosfato preparada ou a espuma de nothermite preparada na câmara de explosão. Colocar um dispositivo de ignição pirotécnico perto da amostra escolhida. Feche a câmara de explosão.

Depois disso, conecte o dispositivo de ignição a um dispositivo eletrônico seguro. Em seguida, dispare a corrente pirotécnica. Usando uma câmera ultrarrápida operando a uma velocidade entre 10.000 a 30.000 quadros por segundo, observe a combustão através da janela blindada.

Neste procedimento, matrizes de aluminofosfato combustível são sintetizadas pela reação entre o ácido ortofosfórico e o nanopó de alumínio. A análise de difração de raios-X confirma a presença de alumínio cristalizado e fosfato de alumínio na matriz de aluminofosfato sintetizada. Os dados do termopar revelam que a temperatura de cada pasta de noterácaro durante a reação de formação de espuma depende da concentração de ácido ortofosfórico.

Quanto maior a concentração, mais rápido e mais alta será a temperatura. Em outras palavras, diluir a solução ácida com água desacelera o aumento da temperatura do meio de reação. No entanto, a secagem do ácido ortofosfórico com um dessecante forte, como anidrido de fósforo, não é recomendada.

Sem água, a pasta sofre um aquecimento rápido, que pode inflamar a espuma energética e causar uma explosão de hidrogênio no ar. As espumas de nothermite produzidas a partir dessas soluções diluídas têm maior resistência mecânica, mas se expandem menos. A análise de difração de raios-X revela que essas espumas contêm alumínio cristalizado, fosfato de alumínio e trióxido de tungstênio, embora o trióxido de tungstênio não interaja quimicamente com a reação de formação de espuma.

Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que as formas de aluminofosfato e nothermite são materiais energéticos que queimam violentamente quando são inflamados. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisas no campo de materiais energéticos para explorar a integração de nothermite em sistemas pirotécnicos. Não se esqueça de que trabalhar com nanomateriais energéticos pode ser extremamente perigoso, e precauções como usar proteções adequadas e operar em instalações pirotécnicas devem sempre ser tomadas durante a execução deste procedimento.