Nanothermite med marengs-lignende morfologi: fra løs pulver til ultra-porøse 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 manuskript beskriver syntesen af brændbare aluminophosphate matricer ved reaktion mellem orthophosphorsyre (H3PO4) med aluminium nanopowder. Når denne reaktion er udført med overskydende aluminium i overværelse af wolfram trioxid nanopowder, fører det til en solid, porøs 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 artikel er at forberede thermit kompositioner (nanothermites) i form af porøst, monolitisk objekter. Nanothermites er brændbare materialer af uorganisk brændstof og iltningsmiddel. I nanothermite skum er aluminium brændstof og aluminium fosfat og wolfram trioxid de oxiderende fraspaltning. De højeste flamme formering hastigheder (FPVs) i nanothermites er observeret i løs pulver og FPVs er kraftigt reduceret ved pelleteringen nanothermite pulvere. Fra et fysisk synspunkt er nanothermite løs pulver metastabile systemer. Deres egenskaber kan ændres ved utilsigtet jordpakning induceret ved stød eller vibrationer eller ved adskillelse af partikler over tid ved afregning fænomener, som stammer fra tæthed forskelle i deres komponenter. Flytning fra et pulver til et objekt er den udfordring, der skal overvindes for at integrere nanothermites i pyrotekniske systemer. Nanothermite objekter skal have både en stor åben porøsitet og god mekanisk styrke. Nanothermite skum opfylde begge disse kriterier, og de fremstilles ved at sprede en nano-størrelse thermit blanding (Al/WO3) i orthophosphorsyre. Reaktionen af aluminium med en syreopløsning giver AlPO4 "cement" i hvilke Al og WO3 nanopartikler er indlejret. I nanothermite skum spiller aluminium fosfat binder og iltningsmiddel dobbelt rolle. Denne metode kan bruges med wolfram svovltrioxid, der ikke ændres ved forberedelsesprocessen. Det kan sandsynligvis udvides til nogle oxider, der er almindeligt anvendt til fremstilling af højtydende nanothermites. WO3-baseret nanothermite skum beskrevet i denne artikel er især ufølsom over for slag og friktion, hvilket gør dem langt sikrere at håndtere end løs Al/WO3 pulver. Hurtig forbraending af disse materialer har interessante applikationer i pyrotekniske tændsatser. Deres anvendelse i detonatorer som primere kræver indarbejdelse af et sekundært sprængstof i deres sammensætning.

Introduction

Denne artikel rapporter om en metode til at omdanne nano-størrelse thermit blandinger (Al/WO3) fra en løs pulver til skum1. Nanothermites er hurtig brænding energiske kompositioner, der fremstilles oftest af fysisk blanding af en metallisk oxid/salt med en reducerende metal, i form af nanopowders2. Mest repræsentant kvælstofoxider bruges til at forberede nanothermites er Cr2O33,4, Fe2O35, MnO26, WO37, MoO38 , CuO9 og Bi2O310,11, mens de metalliske salte brugt er Perchlorater12,13, iodates14,15, periodates16, ligger17 eller persulfates18. Aluminium nanopowder er det bedste valg som brændstof til nanothermites på grund af deres talrige ønskværdige egenskaber, såsom en høj oxidation varme (10-25 kJ/g)19, hurtig reaktion kinetik20, lav toksicitet21, og en fair grad af stabilitet, når det har været præcist passivated22.

I Al-baseret nanothermites, flammefronten udbreder ved høje hastigheder (0,1 - 2,5 km/s), men dette kan dog, blive betragtet som detonation23. Reaktionsmekanisme er faktisk drevet af konvektion af varme gasser i porøsiteten af ureageret materiale. Med andre ord er porøsitet afgørende for hurtig afbrænding af nanothermites. Løs nanothermite pulver er imidlertid ikke stabil fra et fysisk synspunkt. De er komprimeret ved stød eller vibrationer, og deres tætteste komponent (normalt oxid) adskiller gradvist fra sammensætningen af effekten af tyngdekraften. Stabilisering af nanothermite porøsitet er en afgørende udfordring for deres integration i fremtidige pyrotekniske systemer.

Den største fordel af forberedelsesprocessen beskrevet heri er at give meget porøs, solid, nanothermite Monoliter, som kan være formet af molding paste fra som de danner. Derudover er nanothermite skum helt ufølsom over for stød, gnidning og elektrostatiske udladninger i forhold til nanothermite løs pulver. Denne ufølsomhed gør dem særdeles sikker håndtag og maskine, for eksempel ved savning eller boring.

Når løs nanothermite pulvere er presset eller pelleteret, deres porøsitet reducerer og objekter er dannet. Samhørighed af sådant materiale stammer fra de overflade styrker, som er ansvarlig for sammenlægning af nanopartikler. Den mekaniske styrke af nanothermite pellets kan forbedres i overværelse af carbon nano-fibers, der fungerer som en ramme for at styrke disse objekter24. Desværre reducerer trykke kraftigt reaktivitet af nanothermites. Ifølge Prentice et al.inducerer presning af nano-Al/nano-WO3 kompositioner et sammenbrud af deres reaktion hastighed ved at to størrelsesordener7. Til sidst, i modsætning til de fleste sprængstoffer, kan ikke nanothermites være formet ved at trykke på.

Til dato, er blevet rapporteret meget få metoder til at strukturere nanothermites videnskabelige litteratur beskæftiger sig med nanothermites. Nanothermites kan indbetales på substrater, enten fra pulvere med deres komponenter, der er spredt i en flydende medium ved elektroforese25eller ved sputtering af deres komponenter i successive lag26. Begge fremgangsmåder fører til tætte belægninger, som er mindre reaktivt end løs pulver og har tendens til at delaminere fra underlaget som de fremstilles.

Udarbejdelse af "tredimensionelle" objekter bestående af nanothermite blev foreslået af Tillotson et al. 5, der anvendes i sol-gel syntese udviklet af flænge et al. , der består af geldannende løsninger af metalliske salte af Epoxider27. Nanothermite Monoliter tilberedes ved at sprede Al nanopowder i sol, før geldannende. Geler tørres efterfølgende i et heat kammer til at producere xerogels eller ved en kompleks proces, der involverer brugen af supercritical CO2 at opnå aerogeler. Nanothermite aerogeler ikke kun har stærk reaktivitet, men kan også bearbejdes på grund af deres fremragende mekaniske egenskaber. Derudover tillader sol-gel-processen en at syntetisere mikro- og mesoporøse materialer med en uovertruffen grad af ensartethed mellem brændstof (Al) og oxid i blandingen. Trods disse interessante funktioner, anvendelse af sol-gel proces er begrænset af: (i) kompleksitet af batch syntese, som afhænger af mange parametre; (ii) den uundgåelig tilstedeværelse af syntese biprodukter (urenheder) i det endelige materiale, og (iii) i meget lang tid for de forskellige trin i processen.

Brændbare måtter af nanothermite blev udarbejdet af electrospinning af nitrocellulose (bindemiddel) fra løsninger anklaget for Al og CuO nanopartikler28. Disse nanothermite filt består af fibre med sub mikrometer skala diametre, der er en på forhånd ikke-porøs. I disse materialer, er porøsitet defineret af indvikling af fibre. Prøver af nanothermite mats brænde langsomt (0,06 - 1.06 m/s) i forhold til ren nano-størrelse Al/CuO blandinger i en løs pulver tilstand, hvori flammefronten forsaetter med en hastighed af adskillige hundrede m/s29. Endelig brugen af nitrocellulose som bindemiddel for nanothermites er ikke ideel, fordi det betydeligt øger deres termiske følsomhed og ændrer deres kemiske stabilitet på lang sigt.

Membraner i nanothermites blev udarbejdet af Yang et al. fra komplekse hierarkisk MnO2/SnO2 heterostructures blandet med Al nanopartikler6. I disse materialer har oxid fase en meget specifik morfologi, hvor MnO2 nano-ledninger er omfattet af SnO2 grene. På grund af sin særlige struktur, oxid ikke kun diffuserer Al nanopartikler, men også sikrer den mekaniske modstand af membranen.Forberedelse er af MnO2/SnO2/Al membraner meget enkle; Det består af filtrering nanothermite indeholdt i væsken, hvor det er udarbejdet, ved hjælp af filtrering kage som en membran.

For at opsummere, den eneste nanothermite er objekter, der er nævnt i den videnskabelige litteratur indskud på substrater, aerogeler eller måtter. Idéen om udarbejdelsen af nanothermites i form af fast skum åbner nye horisonter for integrationen af disse energimaterialer i funktionelle pyroteknik systemer. Skummende processen rapporteret i denne artikel er enkel at udføre og kan anvendes stort set til enhver nanothermite fremstillet af aluminium nanopowder. Den skummende agent er orthophosphorsyre (H3PO4), en fælles, billig og ikke-giftige kemiske, som reagerer med nano-Al give cement (AlPO4) og gasser (H2, H2O damp), opretter porøsiteten af den materiale1. Aluminium fosfat er særligt stabile ved høje temperaturer, i strid med organiske bindemidler såsom energiske polymerer (nitrocellulose). Dog AlPO4 opfører sig som iltningsmiddel mod nano-Al ved høj temperatur, ifølge begrebet "negativ sprængstoffer" foreslået af Shimizu30.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Forsigtig: Udføre alle reaktioner beskrevet i denne artikel i en eksplosion-bevist kammer med en pansret vindue, der tillader både visuel inspektion og observation af de skummende/Forbrændingsprocesser ved høj hastighed video. Tage sig om den eksperimenterende risici som følge af den potentielle antændelse af thermit kompositioner og brint eksplosion i luften. Derfor arbejde altid i en eksplosion-bevist kammer udstyret med passende udsugning. Husk at eksperimenter med energiske materialer skal udføres af erfarne forskere, der er fuldt ud bevidste om pyrotekniske farer, og at alle prøver skal udføres i overensstemmelse med lokal lovgivning og sikkerhedsbestemmelser. Bemærk, at forfatterne afvise ethvert ansvar for forkert brug af disse resultater.

1. forberedelse af en Aluminophosphate Matrix

Bemærk: Forsøg udføres ved stuetemperatur (15-25 ° C).

  1. Vej 3.00 g af aluminium nanopowder.
  2. 4.00 g af en kommerciel løsning (85%) af orthophosphorsyre (H3PO4) i et 150 mL bægerglas; tilføje syre dråbevis med en 3 mL polyethylen Pasteur pipette.
    1. Eventuelt kan en diskenhed fra 0 - 2 mL deioniseret vand føjes til orthophosphorsyre.
    2. Homogeniseres løsningen af aftagende roterende bægerglasset med hånden på ca 100 rpm.
  3. Bægerglasset anbringes der indeholder syre i salen, eksplosion.
  4. Hæld aluminium nanopowder vejes i trin 1.1 i bægerglasset indeholdende H3PO4 løsning.
  5. Bland hurtigt med et rustfrit stål spatel; udføre dette trin i mindre end et minut.
  6. Luk eksplosion kammer øjeblikkeligt.
  7. Vent, indtil den skummende reaktion opstår.
  8. Bagefter, vente en ekstra 10 min for matrixen aluminophosphate til afkøling.
  9. Fjerne bægerglasset fra eksplosion kammeret ved hjælp af et laboratorium bue tong.
  10. Genskab eksemplet, som overholder bægerglas væg, omhyggeligt at bryde den. Pas på forekomst af restkoncentrationer, sure og kan ikke håndtere materialerne uden handsker.

2. Sammenfatning af Nanothermite skum

Bemærk: Forsøg udføres ved stuetemperatur (15-25° C).

  1. Forberedelse af nanothermite blanding
    1. I en 100 mL runde-bunden kolbe, veje 3.00 g og 3,45 g Al og WO3 nanopowders, henholdsvis.
    2. Bland nanopowders med en vortex mixer opererer på 2,500 rpm.
    3. Blandingen omrøres forsigtigt med en rustfrit stål spatel til at homogenisere det. Undgå enhver friktion mellem glasvæg runde-bunden kolbens og spatel under denne handling.
      Bemærk: I dette trin, eksperimentatoren skal være jordet for at undgå enhver elektrostatisk udladning, som kan forårsage antændelse af blandingen.
    4. Gentag handlingen 2.1.2.
  2. Forberedelse af H 3 PO 4 løsninger
    1. 4.00 g af en kommerciel løsning (85%) af orthophosphorsyre (H3PO4) i et 150 mL bægerglas; tilføje syre dråbevis med en 3 mL polyethylen Pasteur pipette.
    2. Forberedelse for fortyndet H3PO4 løsninger:
      1. Tage den prøve, der tilberedes i trin 2.2.1 og tilføje 0 til 2 mL deioniseret vand med en 1-mL polyethylen Pasteur pipette.
      2. Homogeniseres løsningen af bægerglasset anvendes i hånden med en hastighed på omkring 100 rpm langsom rotation bevægelse.
  3. Forberedelse af nanothermite skum
    1. Bægerglasset anbringes indeholdende syre forberedt i trin 2.2 i salen, eksplosion.
    2. Hæld nanothermite udarbejdet i trin 2.1 i bægerglasset indeholdende H3PO4 løsning.
    3. Bland hurtigt med et rustfrit stål spatel; udføre dette trin i mindre end et minut.
    4. Luk eksplosion kammer øjeblikkeligt.
    5. Vent, indtil den skummende reaktion opstår.
    6. Bagefter vent en yderligere 10 min. til nedkøling af nanothermite skum.
    7. Fjerne bægerglasset fra eksplosion afdeling med et laboratorium bue tong.
    8. Genskab eksemplet, som overholder bægerglas væg, omhyggeligt at bryde den. Pas på forekomst af restkoncentrationer, sure og undgå håndtering af materialer uden handsker.

3. forbrænding af Nanothermite skum

  1. Placer aluminophosphate matrix forberedt i trin 1.10 eller nanothermite skum forberedt i trin 2.3.8 i salen, eksplosion.
  2. Placer en pyroteknisk tændsats tæt på prøve fra trin 3.1.
  3. Luk eksplosion kammer.
  4. Tilslut Tændsats til en sikker elektronisk enhed.
  5. Brand pyrotekniske kæden.
  6. Observere forbrænding gennem vinduet pansrede med et ultrahurtigt kamera opererer på 10.000 til 30.000 rammer/s.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Matrixen aluminophosphate indeholder krystalliseret aluminium (Al) og aluminium fosfat (AlPO4). Disse faser var bekræftes ved røntgen diffraktion (figur 1). Derudover har gravimetrisk eksperimenter vist, at dette materiale også indeholder en ikke-krystallinsk del, som er amorfe alumina. I disse materialer fungerer aluminium fosfat både som bindemiddel og oxidationsmiddel. De oxiderende egenskaber af AlPO4 blev dokumenteret ved at måle eksplosion varmen (3,340 J/g) i et 50/50 wt./wt.% nano-Al/AlPO4 blandingen i en bombe NA48-1.

Vand, som er tilføjet til at fortynde H3PO4 løsninger, retarderer temperaturstigningen reaktion medium (figur 2). Tørring af H3PO4 af fosfor anhydrid (P4O10), eller af nogen stærk tørremiddel, er ikke rådes (figur 2, længst til venstre kurve). I mangel af vand gennemgår pastaen meget hurtig opvarmning, som provokerer antændelse af den energiske skum og en brint eksplosion i luften. Bemærk venligst, at massen af brint udgivet af udarbejdelsen af en nanothermite skum prøve på 10 g er ca. 0,5 g og at forbrænding af sådan et beløb af denne gas i luften giver en energi på ca 60 kJ. Antændelighed grænserne for brint spænder fra 4 til 75 vol.% i luften og dens antændelsestemperatur er mellem 500 og 580 ° C31.

Systemerne tilberedt med vand er lettere at blande, på grund af en mere gunstig væske/pulver ratio. Vand forsinker den skummende reaktion og gør det mere progressive og sikrere. Nanothermite skum er fremstillet af fortyndet løsninger har bedre mekaniske styrke men udvide mindre. Analyse af røntgen diffraktion af nanothermite skum afslører, at de indeholder krystalliseret aluminium, aluminium fosfat og wolfram trioxid (figur 3). Sidstnævnte interagerer ikke kemisk med den skummende reaktion.

Sammensætningen af aluminophosphate matrix (nano-Al/AlPO4) og nanothermite skum (nano-Al/AlPO4/nano-WO3) tilberedt efter protokollen er angivet i tabel 1. Tætheden af skum, afhænger af de eksperimentelle betingelser, hvor de har blevet syntetiseret, navnlig af koncentrationen af H3PO4 løsning. Det spænder typisk fra 5 til 20% af deres teoretiske tæthed, svarende til en høj porøsitet (80-95%).

Den varme, der frigives ved forbrænding af aluminophosphate matrix og nanothermite skum, som blev udarbejdet efter eksperimentel protokol er lig med 3,4 kJ/g og 2,5 kJ/g, henholdsvis. Forbrænding af skum i den kolorimetriske bombe producerer restprodukter indeholdende phosphor, hvis tilstedeværelse er karakteriseret ved kontinuerlig emission af hvide dampe i kontakt med atmosfærens ilt. Fosfor er fremstillet ved reduktion af AlPO4 inde i den lukkede afdeling, i mangel af luft.

Aluminophosphate matricer og nanothermite skum er ikke særlig følsomme over for friktion og stød understreger. Men de skal håndteres med forsigtighed på grund af deres moderat følsomhed over for elektrostatisk udladning og varme kilder, såsom en åben ild. Deres forbrænding producerer store ildkugler med flyvende gnister af smeltet partikler. Virkningen af disse glødelamper faser ændrer overfladen af vinduet pansrede eksplosion kammer.

Forbrænding eksperimentet beskrevet i den forsøgsplan kvalitativt illustrerer hurtig forbrænding af aluminophosphate (eller nanothermite) skum. Det kan ikke bruges til at måle den flamme formering lufthastighed i nanothermite Monoliter, fordi de rigelige dampe frigivet af reaktionen skjule flammefronten. Derudover forbrænding følger flere kurver i den materielle porøsitet, hvilket gør det vanskeligt at vide, hvor forbrændingen front er på et givet tidspunkt og dermed i foranstaltning en formering hastighed.

Figure 1
Figur 1: røntgen diffraktionsmønster af en aluminophosphate matrix. Røntgen diffraktionsmønster af en aluminophosphate matrix, viser tilstedeværelsen af krystalliseret Al og AlPO4. Dette tal er blevet ændret fra komet et al. 1 diffractogram blev udført på en skum, som havde været tidligere knust til fint pulver med en partikelstørrelsesfordeling under 200 µm. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: udviklingen i temperatur for nanothermite indsætter under deres skummende reaktion. Udviklingen af temperatur for nanothermite indsætter under deres skummende reaktion, afhængigt af H3PO4 koncentration. Dette tal er blevet ændret fra komet et al. 1 temperatur blev målt med en type K termoelement placeret i pasta og forbundet med en proportional-integral-derivat (PID) controller. Runaway skummende reaktion er observeret, når temperaturen er højere end 40 ° C. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: røntgen diffraktionsmønster af en skum, nanothermite. Røntgen diffraktionsmønster af en nanothermite skum, viser tilstedeværelsen af krystalliseret Al, AlPO4 og WO3. Dette tal er blevet ændret fra komet et al. 1 som for aluminophosphate skum, diffractogram blev udført på en stikprøve, der har været tidligere knust til fint pulver med en partikelstørrelsesfordeling under 200 µm. Bemærk at wolfram trioxid ikke reagerer med orthophosphorsyre i den eksperimentelle betingelser anvendes.Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Stikprøve Al (wt.%) Al2O3 (wt.%) AlPO4 (wt.%) WO3 (wt.%) H2O (wt.%)
Al/H3PO4. H2O 21,8 9.4 68,8 0,0 0,0
Al/WO3h3PO4. H2O 14.6 5.0 44,2 36,2 0,0

Tabel 1: kemiske sammensætning af aluminophosphate (nano-Al/AlPO4) og nanothermite (nano-Al/nano-WO3/AlPO4) skum tilberedt efter protokollen. Disse værdier blev beregnet ud fra thermogravimetric data.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Miksningen af nanopowders med syre og lukning af eksplosion kammer skal udføres hurtigt, af sikkerhedsmæssige årsager. Reaktion forsinkelse kan variere i nogen grad (1-10 min), afhængigt af forsøgsbetingelser. Det er afkortet Når rumtemperaturen er for høj eller tilstedeværelse af ekstern varme kilder som en projektør, som kan forårsage tidlig aktivering af den skummende reaktion. Omvendt er det steget når rumtemperaturen er lav. I tilfælde af for meget skummende forsinkelse (> 15 min), reaktionen kan stoppes ved at hurtigt hælde en stor mængde vand i bægerglasset (100 mL). Forberedelse af aluminophosphate matrix eller nanothermite skum udføres ved stuetemperatur (15-25 ° C), vel vidende at den skummende reaktion er aktiveret når temperaturen af pastaen er mellem 40-45 ° C (figur 2). Den skummende reaktion er indledes med et advarselsskilt, som er en lille udvidelse af pasta med bobler af gas bryde dens overflade. Reaktion runaway er kendetegnet ved en hurtig og stærk udvidelse af pasta, ledsaget af vigtige gasformige release (H2 og H2O damp).

Mængden af nanopowder blandet med H3PO4 løsning definerer sammenhængen i pastaen. Lav nøgletal af pulver/syre give væske pastaer, lav nøgletal syre/pulver goer blanding vanskelige. Oxid anvendes til nanothermite forberedelse skal være kompatibel med orthophosphorsyre. Aluminophosphate eller nanothermite skum skal altid være forberedt i små mængder (typisk 10 g), at minimere risiko for eksplosion brinten frigives til luften i løbet af processen.

Det første vigtige skridt er vejning af nanopowders, som skal udføres af luftfartsforetagendet iført passende personlige værnemidler (FFP3 filtermaske patron) under et stinkskab. Blanding af nanopowder(s) med orthophosphorsyre skal ske hurtigt for at have tid til at lukke den eksplosion-bevist afdeling, som er vanskeligere, når pastaen er tyk, for eksempel med en høj pulver/syre forhold. Skum skal syntetiseres fra varmekilder, på grund af dannelsen af brint ved en reaktion. Alle energiske prøver skal håndteres med omhu; Nano-Al/nano-WO3 løs pulver har en særlig lav følsomhed tærskel for elektrostatisk afladning (0,14 mJ). Endelig skal den brændende test af skum udføres i et forbrændingskammer, der er udstyret med en passende luft udstødningsgas.

Forberedelse af nanothermite objekter af denne proces er unikke. Kun anden metoden til at forberede store nanothermite monolitter er sol-gel metoder. Denne teknik kræver særlig prækursorer og meget lang syntese/tørring trin, hvilket gør det meget dyrt. Derudover indeholder materialer, der produceres ved sol-gel teknik altid urenheder kommer fra processen. Endelig, sol-gel produkt porøsitet er meget lille sammenlignet med nanothermite skum, der begrænser udbredelsen af konvektion mekanismer (tryktab) og kan ændre sin reaktivitet.

Den fremtidige integration af nanothermite skum i pyrotekniske systemer vil kræve anvendelse af andre oxider (fx CuO og Bi2O3) for at øge deres reaktive egenskaber. Derudover kunne tilsætning af sekundært sprængstof i nanothermite skum, enten i forbindelse med sammensætning eller ved efterfølgende infiltration (fra en opløsning) af en allerede eksisterende skum, bruges til at syntetisere sprængsnor energiske nanocomposites32. Sådanne materialer kunne finde interessante applikationer i blyfri primere. Støbning af nanothermite skum i objekter med veldefinerede figurer vil være den næste udfordring at overvinde.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Vi har intet at videregive.

Acknowledgements

Forfatterne vil gerne takke fotograferne i ISL, Yves Suma og Yannick Boehrer, billeder af prøver og til observation af høj hastighed video af syntesen og forbrænding af nanothermite skum. De vil også gerne give udtryk for deres taknemmelighed over for deres kollega Dr. Vincent Pichot fra NS3E laboratorium for karakterisering af materialer af røntgen diffraktion.

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