Nanothermite med marengs-lignende morfologi: fra løs pulver til svært porøs objekter

Chemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Dette manuskriptet beskriver syntesen av brennbare aluminophosphate matriser reaksjon orthophosphoric syre (H3PO4) med aluminium nanopowder. Når denne reaksjonen er gjennomført med overflødig aluminium i nærvær av tungsten trioxide nanopowder, fører det til en solid, porøse nanothermite skum.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Martin, C., Comet, M., Schnell, F., Spitzer, D. Nanothermite with Meringue-like Morphology: From Loose Powder to Ultra-porous Objects. J. Vis. Exp. (130), e56479, doi:10.3791/56479 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Målet med protokollen beskrevet i denne artikkelen er å forberede aluminothermic komposisjoner (nanothermites) i form av porøs, monolittisk objekter. Nanothermites er brennbare materialer laget av uorganiske drivstoff og en oksidant. I nanothermite skum er aluminium drivstoff og aluminium fosfat og tungsten trioxide er de oksiderende moieties. De høyeste flamme overføring fart (FPVs) i nanothermites er observert i løs pulver og FPVs er sterkt redusert med pellets nanothermite pulver. Fra et fysisk ståsted er nanothermite løs pulver metastable systemer. Egenskaper kan endres utilsiktet komprimeres indusert ved støt eller vibrasjoner eller segregering av partikler over tid av settling fenomener, som stammer fra tetthet forskjellene for sine komponenter. Flytte fra et pulver til et objekt er utfordringen som må overvinnes for å integrere nanothermites i pyroteknisk systemer. Nanothermite objekter må ha både en åpen på høy porøsitet og god mekanisk styrke. Nanothermite skum oppfyller begge disse kriteriene, og de er forberedt ved å spre en nano-størrelse aluminothermic blanding (Al/WO3) i orthophosphoric syre. Reaksjonen av aluminium med syre løsningen gir AlPO4 "sement" som Al og ve3 nanopartikler er innebygd. I nanothermite skum spiller aluminium fosfat den doble rollen bindemiddel og oksidant. Denne metoden kan brukes med tungsten trioxide, som ikke endres av forberedelsesprosessen. Det kan trolig bli utvidet til noen karbonoksider, som vanligvis brukes for utarbeidelse av høytytende nanothermites. WO3-basert nanothermite skum beskrevet i denne artikkelen er spesielt ufølsom og friksjon, noe som gjør dem langt tryggere å håndtere enn løs Al/WO3 pulver. Rask forbrenning av disse materialene har interessante programmer i pyroteknisk igniters. Deres bruk i detonatorer som primere ville kreve inkorporering av en sekundær eksplosive i sammensetningen.

Introduction

Denne artikkelen rapporter om en metode for å transformere nano-størrelse aluminothermic blandinger (Al/WO3) fra en løs pulver tilstand skum1. Nanothermites er raske brenner energisk komposisjoner som er oftest utarbeidet av fysiske blanding av en metallisk oksid/salt med en redusert metall, i form av nanopowders2. Mest representative oksider brukt til å klargjøre nanothermites er Cr2O33,4, Fe2O35, MnO26, WO37MoO38 , CuO9 og Bi2O310,11, mens metallisk salter brukes er perchlorates12,13, iodates14,15, periodates16, sulfater17 eller persulfates18. Aluminium nanopowder er det beste valget som drivstoff for nanothermites på grunn av sine mange attraktive egenskaper, for eksempel en høy oksidasjon varme (10-25 kJ/g)19, rask reaksjon kinetics20, lav giftighet21, og rettferdig grad av stabilitet når det er nøyaktig paddivert22.

I Al-baserte nanothermites, flammen foran overfører på høy fart (0,1 - 2,5 km/s), men dette kan imidlertid, anses som detonasjon23. Reaksjon mekanismen er faktisk drevet av konveksjon av varme gasser i porøsitet Ureagert materiale. Med andre ord, er porøsitet avgjørende for rask forbrenning av nanothermites. Løs nanothermite pulver er imidlertid ikke stabil fra et fysisk ståsted. De er komprimert med støt eller vibrasjoner, og deres tetteste komponent (generelt oksid) skiller gradvis fra sammensetningen av effekten av tyngdekraften. Stabilisering av nanothermite porøsitet er en avgjørende utfordring for deres integrering i fremtidige pyroteknisk systemer.

Den største fordelen med forberedelsesprosessen beskrevet her er å gi svært porøs, solid, nanothermite monolitter, som kan være formet av molding lim som utgjør. I tillegg er nanothermite skum svært lite følsom for sjokk, friksjon og elektrostatisk utladning sammenlignet nanothermite løs pulver. Dette insensitivitet gjør dem spesielt trygge å håndtere og maskinen, for eksempel ved saging eller boring.

Når løs nanothermite pulver er trykket eller pelletized, deres porøsitet reduseres og objekter er dannet. Samholdet av slike materialer stammer fra overflaten krefter, som er ansvarlig for aggregering av nanopartikler. Mekanisk styrke av nanothermite pellets kan forbedres i nærvær av carbon nano-fiber, som fungerer som et rammeverk for å forsterke disse objektene24. Dessverre, trykke sterkt reduserer reaktivitet av nanothermites. Ifølge Prentice et al.induserer å trykke på nano-Al/nano-WO3 komposisjoner en kollaps av deres reaksjon hastighet av to størrelsesordener7. I konklusjonen, i motsetning til de fleste sprengstoff, kan ikke nanothermites formes ved å trykke.

Hittil har svært få metoder for å strukturere nanothermites rapportert i vitenskapelig litteratur håndteringen av nanothermites. Nanothermites kan settes på underlag, enten fra pulver av sine komponenter spredt i en flytende medium ved geleelektroforese25eller sputtering sine komponenter i påfølgende lag26. Begge tilnærminger føre til tett innskudd, som er mindre reaktiv enn løs pulver og delaminate fra underlaget der de er forberedt.

Utarbeidelsen av "tredimensjonal" objekter består av nanothermite ble foreslått av Tillotson et al. 5, som brukte sol-gel syntese utviklet av flenge et al. som består av gelling løsninger av metallisk salter av epoksider27. Nanothermite monolitter tilberedes av spre Al nanopowder i sol, før gelling. Geléer er deretter tørket i en varme kammer å produsere xerogels eller ved en komplisert prosess som involverer bruk av superkritisk CO2 å få aerogels. Nanothermite aerogels ikke bare har sterk reaktivitet, men kan også være maskinert på grunn av deres gode mekaniske egenskaper. I tillegg gjør sol-gel prosessen det mulig å syntetisere mikro- og mesoporous materialer med en uovertruffen grad av homogenitet mellom drivstoff (Al) og oksid i miksen. Til tross for disse interessante funksjoner, bruk av sol-gel er begrenset av: (i) kompleksiteten i satsvis syntese, som avhenger av mange parametere; (ii) uunngåelig tilstedeværelse av syntese biprodukter (urenheter) i siste materiale og (iii) i svært lang tid kreves av de ulike trinnene i prosessen.

Brennbare matter av nanothermite ble utarbeidet av electrospinning av nitrocellulose (binder) fra løsninger med Al og CuO nanopartikler28. Disse nanothermite tover består av fibre med sub mikrometer skala diameter, som er en priori ikke-porøse. Disse materialene er i porøsitet definert av sammenfiltring av fiber. Eksempler på nanothermite matter brenner sakte (0,06 - 1.06 m/s) sammenlignet med ren nano-størrelse Al/CuO blandinger i løse pulveret tilstand, som overfører flammen foran på en hastighet av flere hundre m/s29. Til slutt, bruk av nitrocellulose som bindemiddel for nanothermites er ikke ideelt, fordi det betydelig øker deres termisk følsomhet og endrer langsiktig kjemiske stabilitet.

Membraner av nanothermites ble utarbeidet av Yang et al. fra komplekse hierarkisk MnO2/SnO2 heterostructures blandet med Al nanopartikler6. Disse materialene har oksid fasen en svært spesifikke morfologi, der MnO2 nano-ledninger er dekket av SnO2 grener. På grunn av sin meget spesiell struktur, oksid ikke bare feller Al nanopartikler, men også sikrer mekanisk motstand av membranen.Forberedelsesprosessen med MnO2/SnO2/Al membraner er meget enkel; Det består av filtrering av nanothermite i væsken der det er utarbeidet, bruke filtrering kaken som en membran.

For å oppsummere, den eneste nanothermite er nevnt i den vitenskapelige litteraturen innskudd på underlag, aerogels eller matter. Ideen om forbereder nanothermites i form av solid skum åpner nye horisonter for integrering av disse energisk materialer i funksjonelle fyrverkeri systemer. Skummende prosessen i denne artikkelen er enkelt å utføre og kan brukes nesten alle nanothermite utarbeidet av aluminium nanopowder. Skummende agent er orthophosphoric syre (H3PO4), en felles, billig og giftig kjemisk, som reagerer med nano-Al gi sement (AlPO4) og gasser (H2, H2O damp) oppretter porøsitet av den materiale1. Aluminium fosfat er spesielt stabil ved høye temperaturer, i motsetning til organisk bindemidler som energisk polymerer (nitrocellulose). Imidlertid fungerer AlPO4 som et oxidizer mot nano-Al ved høy temperatur, et konsepsjon "negativ eksplosiver" foreslått av Shimizu30.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

FORHOLDSREGEL: Utføre alle reaksjoner som er beskrevet i denne artikkelen i en eksplosjon-bevist kammer med en pansret vindu som lar både visuell inspeksjon og observasjon av skummende/forbrenning prosessene av høy fart video. Ta vare om eksperimentell risikoen som følge av potensielle tenningen av aluminothermic komposisjoner og hydrogen eksplosjonen i luften. Derfor alltid arbeide i en eksplosjon-bevist kammer utstyrt med egnet ventilasjonsavtrekk. Husk at eksperimenter på energisk materialer må utføres av erfarne forskere, som er fullt klar over pyroteknisk farer, og at alle testene må utføres i samsvar med lokale lover og sikkerhetsforskrifter. Merk at forfatterne avta ansvar for upassende bruk av disse resultatene.

1. utarbeidelse av en Aluminophosphate-matrise

Merk: Eksperimenter utføres ved romtemperatur (15-25 ° C).

  1. Veie 3.00 g av aluminium nanopowder.
  2. Veie 4.00 g av en kommersiell løsning (85%) av orthophosphoric syre (H3PO4) i en 150 mL kanne; legge til syre dropwise med en 3 mL polyetylen Pasteur pipette.
    1. Et volum fra 0 - 2 mL deionisert vann kan eventuelt legges til orthophosphoric syre.
    2. Homogenize løsningen ved å bremse roterende begeret hånd på ca 100 rpm.
  3. Sted kanne inneholder acid i eksplosjonen kammeret.
  4. Hell aluminium nanopowder veide i trinn 1.1 i begeret som inneholder H3PO4 løsningen.
  5. Bland raskt med en stål slikkepott; utføre dette trinnet i mindre enn ett minutt.
  6. Lukk eksplosjon kammeret umiddelbart.
  7. Vent til skummende reaksjonen oppstår.
  8. Etterpå vent en ekstra 10 minutter for aluminophosphate matrisen avkjøles.
  9. Fjern begeret fra eksplosjonen kammeret ved hjelp av et laboratorium bue tong.
  10. Gjenopprette utvalget, overholder kanne veggen, ved å nøye bryte den. Pass opp av tilstedeværelsen av Sure rester og håndterer ikke materialet uten hansker.

2. syntese av Nanothermite skum

Merk: Eksperimenter utføres ved romtemperatur (15-25° C).

  1. Utarbeidelse av nanothermite blandingen
    1. I en 100 mL runde bunn kolbe, vei 3.00 g og 3,45 g av Al og ve3 nanopowders, henholdsvis.
    2. Bland i nanopowders med en vortex mikser opererer på 2500 rpm.
    3. Forsiktig rør blandingen med en rustfritt stål slikkepott til homogenize det. Unngå friksjon mellom glassvegg av runde bunn kolbe og spatula under denne operasjonen.
      Merk: I dette trinnet av eksperimentator må være jordet for å unngå eventuelle elektrostatisk utladning, som kan forårsake antennelse av blandingen.
    4. Gjenta ombyttingen 2.1.2.
  2. Utarbeidelse av H 3 PO 4 løsninger
    1. Veie 4.00 g av en kommersiell løsning (85%) av orthophosphoric syre (H3PO4) i en 150 mL kanne; legge til syre dropwise med en 3 mL polyetylen Pasteur pipette.
    2. Utarbeidelse av utvannet H3PO4 løsninger:
      1. Ta prøven i trinn 2.2.1 og legge 0 til 2 mL avionisert vann med en 1-mL polyetylen Pasteur pipette.
      2. Homogenize løsningen av den langsomme rotasjon bevegelsen av begeret anvendt for hånd med en hastighet på ca 100 rpm.
  3. Utarbeidelse av nanothermite skum
    1. Sted kanne inneholder acid i trinn 2.2 i eksplosjonen kammeret.
    2. Hell nanothermite i trinn 2.1 i begeret som inneholder H3PO4 løsningen.
    3. Bland raskt med en rustfritt stål slikkepott; utføre dette trinnet i mindre enn ett minutt.
    4. Lukk eksplosjon kammeret umiddelbart.
    5. Vent til skummende reaksjonen oppstår.
    6. Etterpå vent en ekstra 10 minutter for nedkjøling av nanothermite skum.
    7. Fjerne begeret fra eksplosjonen kammer med et laboratorium bue tong.
    8. Gjenopprette utvalget, overholder kanne veggen, ved å nøye bryte den. Beware av tilstedeværelsen av Sure rester og unngå håndtering materiale uten hansker.

3. forbrenning av Nanothermite skum

  1. Plass aluminophosphate matrisen i trinn 1,10 eller nanothermite skum i trinn 2.3.8 i eksplosjonen kammeret.
  2. Plass en pyroteknisk tenneren nær prøven fra trinn 3.1.
  3. Lukk eksplosjon kammeret.
  4. Koble tenneren til en sikker elektronisk enhet.
  5. Brann pyroteknisk kjeden.
  6. Observere forbrenning gjennom vinduet pansrede med en superrask kameraføring på 10.000 til 30.000 rammer/s.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Aluminophosphate matrise inneholder krystallisert aluminium (Al) og aluminium fosfat (AlPO4). Tilstedeværelsen av disse fasene ble bekreftet av X-ray Diffraksjon (figur 1). I tillegg har gravimetric eksperimenter vist at dette materialet inneholder også en ikke-krystallinske del, som er amorfe alumina. Disse materialene fungerer aluminium fosfat både som bindemiddel og oksidant. Oksiderende egenskaper av AlPO4 var dokumentert ved å måle eksplosjon varmen (3,340 J/g) av en 50/50 wt./wt.% nano-Al/AlPO4 blanding i en bombe calorimeter1.

Vannet, som legges til fortynne H3PO4 løsninger, bremser økningen i temperaturen på reaksjonen mediet (figur 2). Tørking av H3PO4 fosfor anhydride (P4O10) eller noen sterke tørkemiddel, er ikke rådet (figur 2, venstre kurve). I fravær av vann gjennomgår lim svært rask oppvarming, som provoserer tenningen av energisk skum og en hydrogen eksplosjon i luften. Vær oppmerksom på at massen av hydrogen utgitt av utarbeidelse av en nanothermite skum utvalg av 10 g er ca 0,5 g og at forbrenning av slik mengde denne gassen i luften gir en energi ca 60 kJ. Brannfare grensene for hydrogen variere fra 4 til 75 vol.% i luft og dens tenningen temperaturen er mellom 500 og 580 ° C31.

Systemer med vann er lettere å blande, på grunn av en gunstigere væske/pulver ratio. Vann forsinkelser skummende reaksjonen og gjør det mer progressive og tryggere. Nanothermite skum produsert fra utvannet løsninger har bedre mekanisk styrke, men utvide mindre. Analysen av X-ray Diffraksjon av nanothermite skum avslører at de inneholder krystallisert aluminium, aluminium fosfat og tungsten trioxide (Figur 3). Sistnevnte samvirker ikke kjemisk med skummende reaksjonen.

Sammensetningen av aluminophosphate matrix (nano-Al/AlPO4) og nanothermite skum (nano-Al/AlPO4/nano-WO3) utarbeidet etter protokollen er gitt i tabell 1. Tettheten av skum, avhenger av eksperimentelle forhold der de har blitt syntetisert, spesielt av konsentrasjonen av H3PO4 løsningen. Det vanligvis varierer fra 5 til 20% av deres teoretiske tetthet, tilsvarer en høy porøsitet (80-95%).

Varmen utgitt av forbrenning av aluminophosphate matrix og nanothermite skum, som ble utarbeidet i henhold til eksperimentelle protokollen er lik 3,4 kJ/g og 2,5 kJ/g, henholdsvis. Forbrenning av skum i calorimetric bomben produserer rester inneholder fosfor, hvis tilstedeværelse er preget av kontinuerlig utslipp av hvit røyk i kontakt med atmosfærisk oksygen. Fosfor er produsert av reduksjon av AlPO4 inne i lukkede kammeret, i fravær av luft.

Aluminophosphate matriser og nanothermite skum er ikke spesielt følsomme for friksjon og sjokk påkjenninger. Men må de håndteres med forsiktighet på grunn av deres moderat følsomhet elektrostatisk utladning og varme kilder, for eksempel åpen flamme. Deres forbrenning produserer store ildkuler med flying gnister laget av smeltet partikler. Virkningen av disse glødende fasene endrer overflaten av vinduet pansrede av eksplosjonen chamber.

Forbrenning eksperimentet beskrevet i eksperimentell protokollen kvalitativt illustrerer rask forbrenning av aluminophosphate (eller nanothermite) skum. Den kan ikke brukes til å måle flamme overføring hastighet i nanothermite monolitter fordi rikelig røyk utgitt av reaksjonen skjule flammen foran. Videre forbrenning følger flere baner i den materielle porøsitet, som gjør det vanskelig å vite hvor forbrenning foran er på et gitt tidspunkt og følgelig å måle en overføring hastighet.

Figure 1
Figur 1: X-ray Diffraksjon mønster av en aluminophosphate matrise. X-ray Diffraksjon mønster for en aluminophosphate matrise, viser tilstedeværelse av krystallisert Al og AlPO4. Dette tallet har blitt endret fra Comet et al. 1 diffractogram ble utført på et skum, som tidligere hadde blitt malt til pulver med en partikkel størrelsesDistribusjon under 200 µm. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: utviklingen av temperatur for nanothermite limer inn under deres skummende reaksjon. Utviklingen av temperaturen for nanothermite limer inn under sin skummende reaksjon, avhengig av H3PO4 konsentrasjon. Dette tallet har blitt endret fra Comet et al. 1 temperaturen ble målt med en type K thermocouple plassert i lime og koblet til en proporsjonal-integrert-derivat (PID) kontroller. Løpsk av skummende reaksjonen er observert når temperaturen er høyere enn 40 ° C. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: X-ray Diffraksjon mønster av en nanothermite skum. X-ray Diffraksjon mønster for en nanothermite skum, viser tilstedeværelse av krystallisert Al, AlPO4 og WO3. Dette tallet har blitt endret fra Comet et al. 1 som for aluminophosphate skum, diffractogram ble utført på et utvalg, som er tidligere knust til fint pulver med en partikkel størrelsesDistribusjon under 200 µm. Merk at tungsten trioxide reagerer ikke med orthophosphoric syre i den eksperimentelle forhold brukes.Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Eksempel Al (wt.%) Al2O3 (wt.%) AlPO4 (wt.%) WO3 (wt.%) H2O (wt.%)
Al/T3PO4. H2O 21.8 9.4 68.8 0,0 0,0
Al/ve3h3PO4. H2O 14.6 5.0 44,2 36,2 0,0

Tabell 1: kjemiske sammensetning av aluminophosphate (nano-Al/AlPO4) og nanothermite (nano-Al/nano-WO3/AlPO4) skum utarbeidet etter protokollen. Disse verdiene ble beregnet fra thermogravimetric data.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Miksing av nanopowders med syre og stenging av eksplosjonen kammeret må utføres raskt, av sikkerhetsgrunner. Reaksjon forsinkelsen kan variere litt (1-10 min), avhengig av eksperimentelle forhold. Det forkortet når romtemperatur er for høy eller i nærvær av eksterne varme kilder som en spotlight, som kan forårsake tidlig aktivering av skummende reaksjonen. Det er derimot økt når romtemperatur er lav. I tilfelle for mye skummende forsinkelse (> 15 min), reaksjonen kan stoppes ved å helle en stor mengde vann i begeret (100 mL) raskt. Utarbeidelse av aluminophosphate matrise eller nanothermite skum må utføres ved romtemperatur (15-25 ° C), vite at skummende reaksjonen aktiveres når temperaturen i lim er mellom 40-45 ° C (figur 2). Skummende reaksjonen er foran en advarsel skilt, som er en liten utvidelse av lim med bobler gass bryte overflaten. Reaksjon løpsk er preget av en rask og sterk utvidelse av lim, ledsaget av viktige gass utgivelsen (H2 og H2O damp).

Antall nanopowder blandet med H3PO4 løsningen definerer konsistensen av lim. Lave forholdstallene pulver/syre gi væske pastaer, mens lave forholdstallene syre/pulver gjøre miksing vanskelig. Det oksid brukes for nanothermite utarbeidelse må være kompatibel med orthophosphoric syre. Aluminophosphate eller nanothermite skum må alltid være forberedt i små mengder (vanligvis 10 g), minimere eksplosjonsfare fremkommer fra hydrogen slippes ut i luften i løpet av prosessen.

Det første kritiske trinnet er veiing av nanopowders, som må utføres av en operatør Bruk riktige personlige verneutstyr (FFP3 filteret kassetten maske) under avtrekksvifte. Blanding av nanopowder(s) med orthophosphoric syre må gjøres raskt for å ha tid å lukke eksplosjon-bevist kammeret, som er vanskeligere når pastaen er tykk, for eksempel med en høy pulver/syre. Skum må syntetiseres fra varmekilder, skyldes dannelsen av hydrogen reaksjon. Alle energisk prøver må håndteres forsiktig. Nano-Al/nano-WO3 løs pulver har en spesielt lav følsomhet terskelen til elektrostatisk utladning (0,14 mJ). Til slutt, brennende testen av skum må utføres i en forbrenning kammer som er utstyrt med en passende luften eksos.

Utarbeidelse av nanothermite objekter av denne prosessen er unik. Den bare andre metoden for å forberede store nanothermite monolitter er sol-gel metodikk. Denne teknikken krever bestemte prekursorer og svært lang syntese/tørking trinn, som gjør det veldig dyrt. I tillegg inneholder materiale produsert av sol-gel teknikken alltid urenheter kommer fra prosessen. Til slutt, sol-gel produktet porøsitet er ekstremt liten sammenlignet med nanothermite skum, som begrenser utbredelsen av konveksjon mekanismer (press tap) og kan endre sin reaktivitet.

Fremtidig integrering av nanothermite skum i pyroteknisk systemer krever bruk av andre oksider (f.eks CuO og Bi2O3) for å forbedre deres reaktive egenskaper. Videre kan tillegg av sekundær sprengstoff i nanothermite skum, i sammensetningen prosessen eller ved påfølgende infiltrasjon (fra en løsning) av en pre-eksisterende skum, brukes å syntetisere detonerende energisk nanocomposites32. Slike materialer kan finne interessante programmer i Blyfritt primere. Forming av nanothermite skum til objekter med veldefinerte figurer blir neste utfordring å overvinne.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Vi har ingenting å avsløre.

Acknowledgements

Forfatterne vil gjerne takke fotografer av ISL, Yves Suma og Yannick Boehrer, bilder av prøver og observasjon av høyhastighets video syntese og forbrenning av nanothermite skum. De også ønsker å uttrykke sin takknemlighet til deres kollega Dr. Vincent Pichot fra NS3E laboratorium for karakterisering av materialer av X-ray Diffraksjon.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Comet, M., Martin, C., Schnell, F., Spitzer, D. Nanothermite foams: From nanopowder to object. Chem. Eng. J. 316, 807-812 (2017).
  2. Lafontaine, E., Comet, M. Nanothermites. ISTE Editions Ltd. London. (2016).
  3. 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).
  4. Gibot, P., et al. Highly Insensitive/Reactive Thermite Prepared from Cr2O3 Nanoparticles. Propell. Explos. Pyrot. 36, (1), 80-87 (2011).
  5. 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).
  6. Yang, Y., et al. Hierarchical MnO2/SnO2 Heterostructures for a Novel Free-Standing Ternary Thermite Membrane. Inorg. Chem. 52, (16), 9449-9455 (2013).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Apperson, S., et al. Generation of fast propagating combustion and shock waves with copper oxide/aluminum nanothermite composites. Appl. Phys. Lett. 91, 243109 (2007).
  10. Wang, L., Luss, D., Martirosyan, K. S. The behavior of nanothermite reaction based on Bi2O3/Al. J. Appl. Phys. 110, 074311 (2011).
  11. 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).
  12. Armstrong, R. W., Baschung, B., Booth, D. W., Samirant, M. Enhanced Propellant Combustion with Nanoparticles. Nano Lett. 3, (2), 253-255 (2003).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Khasainov, B., Comet, M., Veyssière, B., Spiter, D. Comparison of performance of fast–reacting nanothermites and primary explosives. Propell. Explos. Pyrot. (2017).
  24. Siegert, B., Comet, M., Spitzer, D. Safer energetic materials by a nanotechnological approach. Nanoscale. 3, 3534-3544 (2011).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Yan, S., Jian, G., Zachariah, M. R. Electrospun nanofiber-based thermite textiles and their reactive properties. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4, 6432-6435 (2012).
  29. 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).
  30. Shimizu, T. A. Concept and the use of negative explosives. Proceedings of the 11th International Pyrotechnics Seminar, Vail, Colorado, July 7-11. (1986).
  31. Molkov, V. Fundamentals of Hydrogen Safety Engineering. 1, Ventus Publishing ApS. (2012).
  32. 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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics