Классические энергетические материалы, то есть, взрывчатые вещества, ракетное топливо и пиротехнические представляют собой класс материалов с высоким содержанием химической энергии, хранящейся, которые могут быть выпущен в течение быстрой экзотермической реакции 1-5. Например, взрывчатые вещества, как правило, генерируется путем объединения топлива и окислителя группы в одна молекула. Плотность энергии этих материалов является очень высокой. Например, при разложении тринитротолуола (TNT) выпускает 7,22 кДж / см 3, и образует 8,36 молей газов на 100 г (таблица 1) в течение очень короткого периода времени. Эти материалы состоят из микронных органических и неорганических соединений (топлив и окислителей).
Thermite системы, в которых протекают реакции между неорганическим соединением, т.е., снижение металлы (например, Al) и оксидов (Fe 2 O 3, CuO, Bi 2 O 3), относятся к другому типу энергетических материалов. Плотность энергии(15-21 кДж / см 3) таких систем превышает TNT, однако количество газообразных продуктов (0.15-0.6 моль на 100 г), как правило, значительно меньше, чем на наличие взрывчатых веществ (Таблица 1). Кроме того, нано-термиты могут показать очень высокую скорость распространения волны горения (> 1000 м / сек) 2 -5.
Недавно было показано, что 6-12 число без газа гетерогенных реагирующих систем (Ni + Al, Ti + C, Ti + B), которые образуют интерметаллические или тугоплавкие соединения также можно рассматривать как энергетических материалов. Плотности энергии (кДж / см 3) этих систем ближе или выше, чем у тротила (таблица 1). В то же время, отсутствие газообразных продуктов в ходе реакции делает такие материалы отличные кандидатов для различных применений, включая синтез наноматериалов, реактивной связи из огнеупорного материала и разнородных частей, без газа микро генераторам и т.д. 11-17. Тем не менее, отнтельно высокая температура воспламенения этих систем (900-3,000 К, см таблицу 1) по сравнению с термиты (~ 1000 К) препятствует их применения. Подготовка инженерных наноструктурированных композитов может существенно повысить воспламенение и горение характеристики безгазовых гетерогенных систем 12-14, 17.
Многие методы были разработаны для изготовления конструктивных энергетические нанокомпозитов, таких как ультразвуковая смешивания 18,19, самосборка подходы 5, золь-гель 20-22 пар методы осаждения 16,17,23,24, а также высоких энергий шаровой мельнице (HEBM) 1,5. Недостатком ультразвукового смешивания нанопорошка в том, что толстый (5-10 нм) оксида оболочки на металлических наночастиц уменьшает плотность энергии и снижает эффективность сгорания реактивных смесей. Кроме того, распределение топлива и окислителя не является равномерным, а межфазное контакт между реагентами не близкими. Соль-гельD стратегии для самостоятельной сборки были разработаны для подготовки конкретных термитных нанокомпозитов. Несмотря на то, приемы недорогие, эти стратегии не являются зеленый с экологической точки зрения. Кроме того, большое количество примесей, вводят в приготовленных композитов. Осаждения из паровой или магнетронного распыления используется для подготовки реактивные фольги многослойных и ядро-оболочка энергетических материалов. Она обеспечивает беспористую четко определены геометрию композитов, что упрощает теоретическое моделирование и повышает точность. Тем не менее, эта технология является дорогостоящей и трудно расширить. Кроме того, приготовленных слоистых нанокомпозитов нестабильны в определенных условиях.
High-Energy в шаровой мельнице (HEBM) является экологически чистым, легко масштабируемый подход, что позволяет эффективно изготовление наноструктурных энергетических композитов 5, 9 -14. HEBM недорог и может быть использован с различными реактивного материала композиций (например,rmites, реакции, которые образуют интерметаллические, карбиды, бориды и т.д.).
Протокол содержит подробное описание для приготовления активных энергичных (Ni + Al, Ti + C, Ta + C) нанокомпозитов с заданными микроструктурой, используя краткосрочные метод HEBM. Он также описывает высокоскоростной технику тепловизионная для определения характеристик зажигания / сгорания как быстровозводимых энергетических материалов. Наконец он показывает анализ микроструктуры нанокомпозитов с использованием поля излучения сканирующего электронного микроскопа (FESEM), оборудованный сфокусированным ионным пучком (FIB). Протокол является важным руководством для приготовления различных энергетических наноматериалов (без газа и термитных систем), которые могут быть использованы в качестве источников плотности либо высокой энергии или для синтеза и обработки современных наноматериалов по подходы на основе сгорания.