Summary
Ce manuscrit décrit la synthèse de combustibles aluminophosphate matrices par la réaction de l’acide orthophosphorique (H3PO4) avec aluminium poudre nanométrique. Lorsque cette réaction est réalisée avec excès d’aluminium en présence de poudre nanométrique trioxyde de tungstène, elle conduit à une mousse de nanothermite solide et poreux.
Abstract
Le protocole décrit dans cet article vise à préparer les compositions aluminothermique (nanothermites) sous la forme d’objets poreux, monolithiques. Nanothermites sont les matériaux combustibles composés inorganique carburant et un oxydant. Dans les mousses de nanothermite, l’aluminium est le trioxyde de phosphate et de tungstène carburant et l’aluminium sont les fractions oxydantes. Les plus hautes vitesses de propagation de flamme (FPVs) dans nanothermites sont observées dans les poudres libres et FPVs sont fortement diminuées par nanothermite poudres de bouletage. D’un point de vue physique, nanothermite poudres libres sont des systèmes métastables. Leurs propriétés peuvent être modifiées par le compactage involontaire induite par des chocs ou des vibrations ou par la séparation des particules au fil du temps en réglant les phénomènes, qui provient de la différence de densité de leurs composants. Déplacement d’une poudre à un objet est le défi que doit surmonter pour intégrer les nanothermites dans les systèmes pyrotechniques. Nanothermite objets doivent avoir une grande porosité ouverte et la bonne résistance mécanique. Mousses de Nanothermite répondent à ces deux critères, et ils sont prêts en dispersant un mélange aluminothermique de taille nanométrique (3) dans l’acide orthophosphorique. La réaction de l’aluminium avec la solution d’acide donne l’AlPO4 « ciment » dans les nanoparticules de3 Al et WO sont incorporés. Dans les mousses de nanothermite, phosphate d’aluminium joue le double rôle de liant et oxydant. Cette méthode peut être utilisée avec le trioxyde de tungstène, ce qui n’est pas altéré par le processus de préparation. Il pourrait sans doute être étendu à certains oxydes, qui sont couramment utilisées pour la préparation de nanothermites de haute performance. Le WO3-mousses de nanothermite base décrites dans cet article sont particulièrement insensibles aux chocs et frottements, ce qui les rend beaucoup plus sûr de traiter que la poudre libre 3/adj. La combustion rapide de ces matériaux a des applications intéressantes dans les allumeurs pyrotechniques. Leur utilisation dans les détonateurs, amorces nécessiterait l’incorporation d’un explosif secondaire dans leur composition.
Introduction
Cet article rend compte sur une méthode pour transformer des mélanges de taille nanométrique aluminothermique (/ Adj3) d’un état de poudre libre à mousses1. Nanothermites sont en train de brûler des compositions énergiques, qui sont plus souvent préparées par le mélange physique d’un oxyde métallique/sel avec un métal réducteur, sous forme de nanopoudres2. Les plus représentatives oxydes utilisés pour préparer les nanothermites sont Cr2O33,4, Fe2O35, MnO26, WO37, MoO38 , CuO9 et Bi2O310,11, tandis que les sels métalliques utilisés sont des perchlorates12,13, iodates14,15, périodates16,17 ou persulfates18de sulfates. Nanopoudre de l’aluminium est le meilleur choix comme combustible pour nanothermites en raison de leurs nombreuses propriétés souhaitables, comme une forte oxydation thermique (10-25 kJ/g)19, cinétique de réaction rapide20, faible toxicité21, et une foire degré de stabilité une fois qu’il a été passivé avec précision22.
Dans Al-basé nanothermites, le front de flamme se propage à très grande vitesse (0,1 - 2,5 km/s), mais cela ne peut pas, cependant, être considéré comme détonation23. Le mécanisme de réaction est effectivement parcouru par la convection des gaz chauds dans la porosité du matériau n’a pas réagi. En d’autres termes, la porosité est indispensable à la combustion rapide de nanothermites. Cependant, poudre lâche nanothermite n’est pas stable du point de vue physique. Ils sont compressés par des chocs ou des vibrations, et leur composante plus dense (généralement l’oxyde) sépare progressivement de la composition par l’effet de la gravité. La stabilisation de la porosité de la nanothermite est un défi crucial pour leur intégration dans les futurs systèmes pyrotechniques.
L’avantage principal du processus de préparation décrit ci-après doit donner nanothermite hautement poreux, solide, monolithes, qui peuvent être façonnés par la pâte d'où ils forment de moulage. En outre, les mousses de nanothermite sont tout à fait insensibles aux chocs, frottements et décharges électrostatiques par rapport aux poudres libres de nanothermite. Ce manque de sensibilité les rend particulièrement sûr de poignée et de la machine, par exemple par sciage ou forage.
Quand nanothermite vrac poudres sont pressés ou en granules, leur porosité diminue et les objets sont formés. La cohésion de ces matières proviennent des forces de surface, qui sont responsables de l’agrégation des nanoparticules. La résistance mécanique de nanothermite pellets peut être améliorée en présence de nano-fibres de carbone, qui agissent comme un cadre pour renforcer ces objets24. Malheureusement, appuyant fortement diminue la réactivité de nanothermites. Selon Prentice et coll., le pressage des compositions de nano-Al/nano-WO3 provoque un effondrement de leur vitesse de réaction par deux ordres de grandeur7. En conclusion, contrairement à la plupart des explosifs, nanothermites ne peut être façonné en appuyant sur.
A ce jour, très peu de méthodes pour structurer les nanothermites ont été signalés dans la littérature scientifique traitant nanothermites. Nanothermites peuvent être déposés sur des substrats, soit à partir de poudres de leurs composantes dispersées dans un milieu liquide par électrophorèse25, ou par la pulvérisation de leurs composants en couches successives,26. Les deux approches conduisent à des dépôts denses, qui sont moins réactifs que les poudres libres et ont tendance à se décoller du substrat sur lequel ils sont établis.
La préparation d’objets « tridimensionnelles » composé de nanothermite a été proposée par Tillotson et al. 5, qui a utilisé la synthèse sol-gel développée par Gash et coll. qui se compose de gélifiantes solutions de sels métalliques par époxydes27. Nanothermite monolithes sont préparés en dispersant Al poudre nanométrique dans le sol, avant la gélification. Les gels sont ensuite séchés dans une chambre de chaleur pour produire de xérogels ou par un processus complexe impliquant l’utilisation de supercritique de CO2 pour obtenir les aérogels. Les aérogels de Nanothermite non seulement forte réactivité mais peuvent également être usinées en raison de leurs excellentes propriétés mécaniques. En outre, le procédé sol-gel permet de faire la synthèse des matériaux mésoporeux et micro - avec un degré inégalé d’homogénéité entre le carburant (Al) et l’oxyde dans le mélange. Malgré ces dispositifs intéressants, l’utilisation du procédé sol-gel est limitée par : (i) la complexité de la synthèse de lot, qui dépend de nombreux paramètres ; (ii) la présence inévitable de sous-produits de la synthèse (impuretés) dans le matériau final et (iii) le temps très long dont ont besoin les différentes étapes du processus.
Tapis de combustibles de nanothermite ont été préparés par l’électrofilage de nitrocellulose (liant) des solutions inculpées Al et CuO nanoparticules28. Ces feutres de nanothermite sont composés de fibres de diamètre d’échelle micrométrique secondaires, qui sont a priori non poreux. Dans ces matières, la porosité est définie par l’enchevêtrement des fibres. Les échantillons de nanothermite mats brûlent lentement (0,06 - 1,06 m/s) par rapport à des mélanges d’Al/CuO taille nanométrique pures dans un état de poudre libre, dans laquelle le front de flamme se propage à une vitesse de plusieurs centaines de m/s29. Enfin, l’utilisation de nitrocellulose comme liant pour nanothermites n’est pas idéale, car elle considérablement augmente leur sensibilité thermique et altère leur stabilité chimique à long terme.
Membranes de nanothermites ont été préparés par Yang et al. , de complexe hiérarchique MnO2/SnO2 hétérostructures mélangés avec Al nanoparticules6. Dans ces matières, la phase d’oxyde a une morphologie très spécifique, dans lequel MnO2 nano-fils sont couverts par SnO2 branches. En raison de sa structure très particulière, l’oxyde non seulement pièges Al nanoparticules, mais aussi assure la résistance mécanique de la membrane.Le processus de préparation de MnO2/SnO2/Al membranes est très simple ; Il se compose de la nanothermite contenus dans le liquide dans lequel il a été préparé, par le gâteau de filtration comme membrane de filtrage.
Pour résumer, la nanothermite seul objets mentionnés dans la littérature scientifique sont des dépôts sur les substrats, les aérogels ou tapis. L’idée de préparer nanothermites sous forme de mousses solides ouvre de nouveaux horizons pour l’intégration de ces matériaux énergétiques dans les systèmes fonctionnels de la pyrotechnie. Le processus d’expansion signalé dans le présent article est simple à réaliser et peut être appliqué pratiquement à n’importe quel nanothermite préparé à partir d’aluminium poudre nanométrique. L’agent moussant est l’acide orthophosphorique (H3PO4), chimiques communs, peu coûteux et non toxique, qui réagit avec nano-Al pour donner le ciment (AlPO4) et les gaz (H2, vapeur de H2O) qui créent la porosité de la matériel1. Phosphate d’aluminium est particulièrement stable à haute température, à l’encontre des liants organiques tels que les polymères énergiques (nitrocellulose). Cependant, AlPO4 se comporte comme un oxydant vers nano-Al à haute température, selon le concept de « explosifs négatifs » proposé par Shimizu30.
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Protocol
ATTENTION : Pour effectuer toutes les réactions décrites dans cet article dans une chambre d’explosion a fait ses preuves avec une fenêtre blindée qui permet l’inspection visuelle et l’observation des processus de formation de mousse/combustion par vidéo haute vitesse. Faites attention au sujet de l’expérimental risque résultant de l’inflammation potentielle des compositions aluminothermique et l’explosion d’hydrogène dans l’air. Pour cette raison, toujours travailler dans une chambre d’explosion a fait ses preuves, équipée d’un ventilateur d’extraction approprié. N’oubliez pas qu’expériences sur les matériaux énergétiques doivent être effectuées par des scientifiques expérimentés, qui sont pleinement conscients des dangers pyrotechniques, et que tous les essais doivent être effectués conformément aux lois et règlements de sécurité locaux. Notez que les auteurs déclinent toute responsabilité pour l’utilisation inappropriée de ces résultats.
1. Elaboration d’une matrice de Aluminophosphate
Remarque : Les expériences sont réalisées à température ambiante (15-25 ° C).
- Environ 3,00 g d’aluminium poudre nanométrique.
- Peser 4,00 g d’une solution commerciale (85 %) de l’acide orthophosphorique (H3PO4) dans un bécher de 150 mL, ajouter de l’acide goutte à goutte avec un pipette Pasteur du polyéthylène de 3 mL.
- Éventuellement, un volume de 0 - 2 mL d’eau désionisée peut être ajouté à l’acide orthophosphorique.
- Homogénéiser la solution en ralentissant la rotation le gobelet à la main à environ 100 tr/min.
- Placer le bécher contenant de l’acide dans la chambre d’explosion.
- Versez la nanopoudre aluminium pesé à l’étape 1.1 dans le bécher contenant la solution H3PO4 .
- Mélanger rapidement avec une spatule en acier inoxydable ; Effectuez cette étape en moins d’une minute.
- Fermer immédiatement la chambre d’explosion.
- Attendez jusqu'à ce que se produit la réaction moussante.
- Ensuite, attendre un 10 min supplémentaire pour la matrice aluminophosphate refroidir.
- Retirer le bécher de la chambre d’explosion à l’aide d’un laboratoire arc tong.
- Récupérer l’échantillon, qui adhère à la paroi du bécher, de casser avec précaution. Méfiez-vous de la présence de résidus acides et ne pas manipuler les matériaux sans gants.
2. synthèse des mousses de Nanothermite
Remarque : Les expériences sont réalisées à température ambiante (15-25° C).
- Préparation de la bouillie de nanothermite
- Dans un ballon à fond rond 100 mL, peser 3,00 et 3,45 g de Al et WO3 nanopoudres, respectivement.
- Mélanger les nanopoudres avec un vortex fonctionnant à 2 500 tr/min.
- Remuer doucement le mélange avec une spatule en acier inoxydable pour homogénéiser l’il. Éviter toute friction entre le mur de verre du ballon à fond rond et la spatule pendant cette opération.
Remarque : Dans cette étape, l’expérimentateur doit être à la terre afin d’éviter toute décharge électrostatique, ce qui pourrait provoquer l’allumage du mélange. - Répéter l’opération 2.1.2.
- Préparation des H 3 PO 4 solutions
- Peser 4,00 g d’une solution commerciale (85 %) de l’acide orthophosphorique (H3PO4) dans un bécher de 150 mL, ajouter de l’acide goutte à goutte avec un pipette Pasteur du polyéthylène de 3 mL.
- Préparation des dilués H3PO4 solutions :
- Prendre l’échantillon préparé à l’étape 2.2.1 et ajouter des 0 à 2 mL d’eau déminéralisée avec un polyéthylène de 1 mL pipette Pasteur.
- Homogénéiser la solution par le mouvement de rotation lente du bécher appliqué à la main à une vitesse d’environ 100 tr/mn.
- Préparation des mousses de nanothermite
- Placer le bécher contenant l’acide préparé à l’étape 2.2 dans la chambre d’explosion.
- Versez la nanothermite préparée à l’étape 2.1 dans le bécher contenant la solution H3PO4 .
- Mélanger rapidement avec une spatule en acier inoxydable ; Effectuez cette étape en moins d’une minute.
- Fermer immédiatement la chambre d’explosion.
- Attendez jusqu'à ce que se produit la réaction moussante.
- Ensuite, attendre un 10 min supplémentaire pour le refroidissement de la mousse de la nanothermite.
- Retirer le bécher de la chambre d’explosion avec un laboratoire arc tong.
- Récupérer l’échantillon, qui adhère à la paroi du bécher, de casser avec précaution. Faites attention à la présence de résidus acides et éviter de gérer les contenus, sans gants.
3. la combustion de Nanothermite mousses
- Placer la matrice aluminophosphate préparé à l’étape 1.10 ou la mousse de nanothermite préparé à l’étape 2.3.8 dans la chambre d’explosion.
- Placez un allumeur pyrotechnique près l’exemple de l’étape 3.1.
- Fermer la chambre d’explosion.
- Connectez l’allumeur à un dispositif électronique sécurisé.
- Feu la chaîne pyrotechnique.
- Observez la combustion à travers la fenêtre blindée avec une caméra ultrarapide fonctionnant à 10 000 à 30 000 images/s.
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Representative Results
La matrice d’aluminophosphate contient cristallisé en aluminium (Al) et le phosphate d’aluminium (AlPO4). La présence de ces phases a été confirmée par diffraction des rayons x (Figure 1). En outre, gravimétriques expériences ont montré que cette substance ne contient également une partie non cristalline, qui est l’alumine amorphe. Dans ces matières, le phosphate d’aluminium se comporte tant que binder et oxydant. Les propriétés oxydantes de l’AlPO4 ont été mis en évidence en mesurant la chaleur de l’explosion (3 340 J/g) d’un mélange 50/50 wt./wt.% de nano-Al/AlPO4 dans une bombe calorimétrique1.
L’eau, ce qui est ajouté aux H3PO4 solutions diluées, ralentit la montée en température du milieu réactionnel (Figure 2). Le séchage de H3PO4 par anhydride de phosphore (P4O10) ou par n’importe quel déshydratant solide, n’est pas conseillé (Figure 2, courbe plus à gauche). En l’absence d’eau, la pâte subit un échauffement très rapide, qui provoque l’allumage de la mousse énergique et une explosion d’hydrogène dans l’air. Veuillez noter que la masse d’hydrogène libéré par la préparation d’un échantillon de mousse de nanothermite de 10 g est d’environ 0,5 g et que la combustion d’une telle quantité de ce gaz dans l’air donne une énergie d’environ 60 kJ. Les limites d’inflammabilité de l’hydrogène variaient de 4 à 75 vol.% dans l’air et sa température d’inflammation est entre 500 et 580 ° C31.
Les systèmes préparés avec de l’eau sont plus faciles à mélanger, en raison d’un rapport liquide/poudre plus favorable. L’eau retarde la réaction moussante et rend plus progressive et plus sûre. Mousses de Nanothermite produites à partir de solutions diluées ont la meilleure résistance mécanique mais moins élargir. L’analyse par diffraction des rayons x de nanothermite mousses révèle qu’ils contiennent d’aluminium cristallisé, phosphate d’aluminium et le trioxyde de tungstène (Figure 3). Ce dernier pas chimiquement interagit-elle avec la réaction moussante.
La composition de la matrice aluminophosphate (nano-Al/AlPO4) et la mousse de nanothermite (nano-Al/AlPO4/nano-WO3) établi conformément au protocole sont indiquées au tableau 1. La densité de la mousse dépend des conditions expérimentales dans lesquelles ils ont été synthétisés, en particulier de la concentration de la solution de4 H3PO. Il varie généralement entre 5 et 20 % de leur densité théorique, correspondant à une porosité élevée (80-95 %).
La chaleur dégagée par la combustion de la matrice d’aluminophosphate et de la mousse de nanothermite, qui ont été préparés selon le protocole expérimental sont respectivement égales à 3,4 kJ/g et 2,5 kJ/g. La combustion de mousses dans la bombe calorimétrique produit des résidus contenant du phosphore, dont la présence est caractérisée par l’émission continue de fumées blanches au contact de l’oxygène atmosphérique. Phosphore est produit par la réduction du AlPO4 à l’intérieur de la chambre fermée, en l’absence d’air.
Matrices Aluminophosphate et mousses de nanothermite ne sont pas particulièrement sensibles aux contraintes de frottement et de choc. Toutefois, ils doivent être manipulés avec soin en raison de leur sensibilité modérée aux décharges électrostatiques et de sources, comme une flamme de chauffage. Leur combustion produit des grandes boules de feu avec étincelles faite de particules en fusion. L’impact de ces phases à incandescence modifie la surface de la fenêtre blindée de la chambre d’explosion.
L’expérience de combustion décrite dans le protocole expérimental qualitativement illustre les mousses de combustion rapide du aluminophosphate (ou nanothermite). Il ne peut pas être utilisé pour mesurer la vitesse de propagation de flamme en nanothermite monolithes parce que les vapeurs abondantes libérés par la réaction de cachent le front de flamme. En outre, la combustion suit plusieurs chemins à l’intérieur de la porosité du matériau, qui rend difficile de savoir où le front de combustion est à un moment donné et, par conséquent, à mesure une vitesse de propagation.
Figure 1 : schéma de diffraction des rayons x d’une matrice d’aluminophosphate. Motif de diffraction des rayons x d’une matrice d’aluminophosphate, montrant la présence de Al et AlPO cristallisé4. Ce chiffre a été modifié par Comet et al. 1 le diffractogram a été réalisée sur une mousse, qui avait été précédemment broyée en poudre fine avec une granulométrie inférieure à 200 µm. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Evolution de la température pour la nanothermite pâtes pendant leur réaction moussante. Évolution de la température pour la nanothermite colle pendant leur réaction moussante, selon le H3concentration de4 PO. Ce chiffre a été modifié par Comet et al. 1 la température a été mesurée avec un thermocouple de type K placé dans la pâte et relié à un contrôleur de proportionnel-intégral-dérivé (PID). L’emballement de la réaction moussante est observée lorsque la température est supérieure à 40 ° C. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : schéma de diffraction des rayons x d’une mousse de nanothermite. Motif de diffraction des rayons x d’une mousse de nanothermite, montrant la présence de Al cristallisé, AlPO4 et WO3. Ce chiffre a été modifié par Comet et al. 1 que pour les mousses aluminophosphate, la diffractogram a été réalisée sur un échantillon, qui a été précédemment écrasé en poudre fine avec une granulométrie inférieure à 200 µm. Note que le trioxyde de tungstène ne réagit pas avec l’acide orthophosphorique dans le conditions expérimentales utilisées.S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
| Échantillon | Al (wt.%) | Al2O3 (wt.%) | AlPO4 (wt.%) | WO3 (wt.%) | H2O (wt.%) |
| Al/H3PO4. H2O | 21,8 | 9.4 | 68,8 | 0.0 | 0.0 |
| ADJ/3/h3PO4. H2O | 14,6 | 5.0 | 44.2 | 36,2 | 0.0 |
Tableau 1 : composition chimique des mousses de nanothermite (nano-Al/nano-WO3/AlPO4) préparés selon le protocole aluminophosphate (nano-Al/AlPO4). Ces valeurs ont été calculées à partir de données thermogravimétrique.
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Discussion
Le malaxage de nanopoudres avec de l’acide et la fermeture de la chambre d’explosion doivent être effectuées rapidement, pour des raisons de sécurité. Le délai de réaction peut varier dans une certaine mesure (1-10 min), selon les conditions expérimentales. Il est réduit lorsque la température ambiante est trop élevée, ou en présence de sources de chaleur externes comme un coup de projecteur, qui peut provoquer l’activation précoce de la réaction moussante. À l’inverse, elles augmentent lorsque la température ambiante est faible. Dans le cas de trop de retard moussant (> 15 min), la réaction peut être arrêtée en versant rapidement une grande quantité d’eau dans le bécher (100 mL). La préparation de la mousse aluminophosphate de matrice ou de nanothermite doit être effectuée à la température ambiante (15-25 ° C), sachant que la réaction moussante est activée lorsque la température de la pâte se situe entre 40 et 45 ° C (Figure 2). La réaction moussante est précédée par un signe d’avertissement, qui est une extension légère de la pâte avec des bulles de gaz briser sa surface. L’emballement de la réaction est caractérisé par une expansion rapide et forte de la pâte, accompagnée d’importants rejets gazeux (H2O vapeur et H2 ).
La quantité de poudre nanométrique mélangé à la solution de4 H3PO définit la consistance de la pâte. Pâtes de faibles ratios de liquide donnent poudre/acide, tandis que les faibles rapports d’acide/poudre compliquent mélange. L’oxyde utilisé pour la préparation de la nanothermite doit être compatible avec l’acide orthophosphorique. Les mousses aluminophosphate ou nanothermite doivent toujours être prêts en petites quantités (en général 10 g), afin de minimiser le risque d’explosion résultant de l’hydrogène libéré dans l’air pendant le processus.
La première étape critique est le pesage des nanopoudres, qui doit être effectué par un opérateur approprié matériel de protection individuelle (masque avec cartouche filtre FFP3) sous une hotte aspirante. Le mélange de nanopowder(s) avec l’acide orthophosphorique il faut faire vite pour avoir le temps de fermer la chambre d’explosion a fait ses preuves, qui est plus difficile lorsque la pâte est épaisse, par exemple avec un ratio poudre/acide élevé. Les mousses doivent être synthétisés toute source de chaleur, due à la formation d’hydrogène par la réaction. Tous les échantillons énergiques doivent être manipulés avec soin ; nano-Al/nano-WO3 poudre libre a un seuil particulièrement faible sensibilité aux décharges électrostatiques (0,14 mJ). Enfin, l’essai brûlant des mousses doit être réalisé dans une chambre de combustion qui est équipée d’un échappement d’air appropriée.
La préparation de nanothermite objets par ce processus est unique. La seule autre méthode de préparation de nanothermite gros monolithes est méthode sol-gel. Cette technique requiert des précurseurs spécifiques et étapes de synthèse/séchage très long, qui le rend très coûteux. En outre, documents réalisés par la technique de sol-gel toujours contenant des impuretés provenant du processus. Enfin, la porosité de produit sol-gel est extrêmement faible comparé aux mousses de nanothermite, qui limite la propagation par des mécanismes de convection (pertes de charge) et est habilité à modifier sa réactivité.
L’intégration future des mousses de nanothermite dans les systèmes pyrotechniques exige l’utilisation d’autres oxydes (p. ex. CuO et Bi2O3) afin d’améliorer leurs propriétés réactives. En outre, l’ajout d’explosifs secondaires dans les mousses de nanothermite, soit dans le processus de composition, soit par infiltration subséquente (d’une solution) de mousse préexistante, pourrait servir à synthétiser les cordeaux nanocomposites énergique32. Ces matières pourraient trouver des applications intéressantes dans les amorces sans plomb. Le moulage de mousse de nanothermite dans les objets avec des formes bien définies, sera le prochain défi à relever.
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Disclosures
Nous n’avons rien à divulguer.
Acknowledgments
Les auteurs tiennent à remercier les photographes d’ISL, Yves Suma et Yannick Boehrer, pour les photos d’échantillons et d’observation par vidéo à haute vitesse de la synthèse et la combustion de nanothermite mousses. Ils aimeraient aussi à exprimer leur gratitude à leur collègue Dr Vincent Pichot NS3E laboratoire de caractérisation des matériaux par diffraction des rayons x.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aluminum nanopowder | Intrinsiq Materials | - | nanopowder, ≈ 100 nm particle size Al QNA891 |
| Tungsten(VI) oxide | Sigma-Aldrich | 550086-25G | nanopowder, <100 nm particle size (TEM) Lot# MKBR9903V |
| Orthophosphoric Acid | Fisher Scientific | - | 85% solution |
| polyethylene Pasteur pipette 3 mL | Th. Geyer | 7691062 | LABSOLUTE Pasteur pipettes made of polyethylene (PE) graduation 0,50 ml, Length 145 mm |
| polyethylene Pasteur pipette 1 mL | Th. Geyer | 7691063 | LABSOLUTE Pasteur pipettes made of polyethylene (PE) graduation 0,25 ml, Length 150 mm |
| Test tube shaker Reax Control | Heidolph | 541-11000-00 | Vortex mixer with strong 5 mm vibration orbit yields |
References
- Comet, M., Martin, C., Schnell, F., Spitzer, D. Nanothermite foams: From nanopowder to object. Chem. Eng. J. 316, 807-812 (2017).
- Lafontaine, E., Comet, M. Nanothermites. , ISTE Editions Ltd. London. (2016).
- Comet, M., et al. Preparation of Cr2O3 nanoparticles for superthermites by the detonation of an explosive nanocomposite material. J. Nanopart. Res. 13 (5), 1961-1969 (2011).
- Gibot, P., et al. Highly Insensitive/Reactive Thermite Prepared from Cr2O3 Nanoparticles. Propell. Explos. Pyrot. 36 (1), 80-87 (2011).
- Tillotson, T. M., Gash, A. E., Simpson, R. L., Hrubesh, L. W., Satcher, J. H., Poco, J. F. Nanostructured energetic materials using sol-gel methodologies. J. Non-Cryst. Solids. 285 (1-3), 338-345 (2001).
- Yang, Y., et al. Hierarchical MnO2/SnO2 Heterostructures for a Novel Free-Standing Ternary Thermite Membrane. Inorg. Chem. 52 (16), 9449-9455 (2013).
- Prentice, D., Pantoya, M. L., Gash, A. E. Combustion Wave Speeds of Sol-Gel-Synthesized Tungsten Trioxide and Nano-Aluminum: The Effect of Impurities on Flame Propagation. Energ. Fuel. 20 (6), 2370-2376 (2006).
- Bockmon, B. S., Pantoya, M. L., Son, S. F., Asay, B. W., Mang, J. T. Combustion velocities and propagation mechanisms of metastable interstitial composites. Appl. Phys. Lett. 98, 064903 (2005).
- Apperson, S., et al. Generation of fast propagating combustion and shock waves with copper oxide/aluminum nanothermite composites. Appl. Phys. Lett. 91, 243109 (2007).
- Wang, L., Luss, D., Martirosyan, K. S. The behavior of nanothermite reaction based on Bi2O3/Al. J. Appl. Phys. 110, 074311 (2011).
- Martirosyan, K. S., Wang, L., Vicent, A., Luss, D. Synthesis and performances of bismuth trioxide nanoparticles for high energy gas generator use. Nanotechnology. 20 (8), 405609 (2009).
- Armstrong, R. W., Baschung, B., Booth, D. W., Samirant, M. Enhanced Propellant Combustion with Nanoparticles. Nano Lett. 3 (2), 253-255 (2003).
- Wu, C., Sullivan, K., Chowdhury, S., Jian, G., Zhou, L., Zachariah, M. R. Encapsulation of Perchlorate Salts within Metal Oxides for Application as Nanoenergetic Oxidizers. Adv. Funct. Mater. 22 (1), 78-85 (2012).
- Sullivan, K. T., Piekiel, N. W., Chowdhury, S., Wu, C., Zachariah, M. R., Johnson, C. E. Ignition and Combustion Characteristics of Nanoscale Al/AgIO3: A Potential Energetic Biocidal System. Combust. Sci. Technol. 183 (3), 285-302 (2010).
- Wang, H., Jian, G., Zhou, W., Delisio, J. B., Lee, V. T., Zachariah, M. R. Metal iodate-based energetic composites and their combustion and biocidal performances. ACS Appl. Mater. Interfaces. 7 (31), 17363-17370 (2015).
- Jian, G., Feng, J., Jacob, R. J., Egan, G. C., Zachariah, M. R. Super-reactive Nanoenergetic Gas Generators Based on Periodate Salts. Angew. Chem. Int. Ed. 52 (37), 9743-9746 (2013).
- Comet, M., Vidick, G., Schnell, F., Suma, Y., Baps, B., Spitzer, D. Sulfates-Based Nanothermites: An Expanding Horizon for Metastable Interstitial Composites. Angew. Chem. Int. Ed. 54 (15), 4458-4462 (2015).
- Zhou, W., Delisio, J. B., Li, X., Liu, L., Zachariah, M. R. Persulfate salt as an oxidizer for biocidal energetic nano-thermites. J. Mater. Chem. A. 3 (22), 11838-11846 (2015).
- Sun, J., Pantoya, M. L., Simon, S. L. Dependence of size and size distribution on reactivity of aluminum nanoparticles in reactions with oxygen and MoO3. Thermochim. Acta. 444 (2), 117-127 (2006).
- Levitas, V. I., Asay, B. W., Son, S. F., Pantoya, M. Melt dispersion mechanism for fast reaction of nanothermites. Appl. Phys. Lett. 89, 071909 (2006).
- Park, E. -J., Kim, H., Kim, Y., Choi, K. Repeated-dose toxicity attributed to aluminum nanoparticles following 28-day oral administration, particularly on gene expression in mouse brain. Toxicol. Environ. Chem. 93 (1), 120-133 (2011).
- Walter, K. C., Aumann, C. E., Carpenter, R. D., O'Neill, E. H., Pesiri, D. R. Energetic materials development at technanogy materials development. Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 800, 27-37 (2004).
- Khasainov, B., Comet, M., Veyssière, B., Spiter, D. Comparison of performance of fast–reacting nanothermites and primary explosives. Propell. Explos. Pyrot. , (2017).
- Siegert, B., Comet, M., Spitzer, D. Safer energetic materials by a nanotechnological approach. Nanoscale. 3, 3534-3544 (2011).
- Sullivan, K. T., Kuntz, J. D., Gash, A. E. Electrophoretic deposition and mechanistic studies of nano-Al/CuO thermites. J. Appl. Phys. 112, 024316 (2012).
- Blobaum, K. J., Reiss, M. E., Plitzko, J. M., Weihs, T. P. Deposition and characterization of a self-propagating CuOx/Al thermite reaction in a multilayer foil geometry. J. Appl. Phys. 94 (5), 2915-2922 (2003).
- Gash, A. E., Tillotson, T. M., Satcher, J. H., Poco, J. F., Hrubesh, L. W., Simpson, R. L. Use of epoxides in the sol-gel synthesis of porous iron (III) oxide monoliths from Fe(III) salts. Chem. Mater. 13 (3), 999-1007 (2001).
- Yan, S., Jian, G., Zachariah, M. R. Electrospun nanofiber-based thermite textiles and their reactive properties. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4, 6432-6435 (2012).
- Puszynski, J. A., Groven, L. J. Formation of nanosized aluminum and its applications in condensed phase reactions. Inorganic nanoparticles. Synthesis, applications and perspectives. Altavilla, C., Ciliberto, E. , CRC Press. Boca Raton, Florida. (2011).
- Shimizu, T. A. Concept and the use of negative explosives. Proceedings of the 11th International Pyrotechnics Seminar, Vail, Colorado, July 7-11. , (1986).
- Molkov, V. Fundamentals of Hydrogen Safety Engineering. 1, Ventus Publishing ApS. (2012).
- Comet, M., Martin, C., Klaumünzer, M., Schnell, F., Spitzer, D. Energetic nanocomposites for detonation initiation in high explosives without primary explosives. Appl. Phys. Lett. 107, 243108 (2015).
