Preparação e reactividade de Gasless Nanostructured materiais energéticos

Resumo

Este protocolo descreve a preparação de gasless nanoestruturados materiais energéticos (Ni + Al, Ta + C, Ti + C), usando a bola de alta energia de curto prazo fresagem (HEBM) técnica. Ele também descreve um método de imagem térmica de alta-velocidade para estudar a reactividade de nanocompósitos fabricadas mecanicamente. Estes protocolos podem ser alargados a outros materiais energéticos nanoestruturados reactivo.

Resumo

De alta energia moagem (HEBM) é um processo de moagem, onde uma mistura de pó colocado no moinho de bolas é submetido a colisões de alta energia a partir das esferas. Entre outras aplicações, é uma técnica versátil, que permite a preparação eficiente de materiais nanoestruturados GASLESS reactivos com alta densidade de energia por unidade de volume (Ni + Al, Ta + C, de Ti + C). As transformações estruturais da mídia reativas, que acontecem durante HEBM, definir o mecanismo de reação nos compósitos energéticos produzidos. Variando as condições de processamento permite o ajuste fino das microestruturas induzida por moagem das partículas compósitas fabricadas. Por sua vez, a reactividade, ou seja, a temperatura de auto-ignição, o tempo de atraso de ignição, bem como a cinética da reacção, dos materiais de alta densidade de energia depende da sua microestrutura. Análise das microestruturas induzida por moagem sugere que a formação de novos contactos íntimos alta área de superfície livre de oxigénio entre os reagentes ié responsável para o reforço da sua reatividade. Isto manifesta-se numa redução da temperatura de ignição e o tempo de atraso, um aumento na taxa de reacção química, e uma diminuição global da energia de activação da reacção eficaz. O protocolo fornece uma descrição detalhada para a preparação de nanocompósitos reativos com microestrutura adaptados utilizando o método HEBM de curto prazo. Ele também descreve uma técnica de geração de imagens térmicas de alta velocidade para determinar as características de ignição / combustão dos materiais energéticos. O protocolo pode ser adaptado para a preparação e caracterização de uma variedade de compostos energéticos nanoestruturados.

Introdução

Materiais energéticos clássicos, ou seja, explosivos, propulsores e pirotecnia são uma classe de material com uma elevada quantidade de energia química armazenada que pode ser liberada durante a reação exotérmica rápida _^1-5. Por exemplo, explosivos geralmente são gerados através da combinação de grupos de combustível e oxidante em uma molécula. A densidade de energia desses materiais é muito alta. Por exemplo, após a decomposição trinitrotolueno (TNT) liberta 7,22 kJ / cm ³ e 8,36 moles de forma estufa por 100 g (Tabela 1) num período muito curto de tempo. Estes materiais são compostos de espécies em escala m....

Protocolo

Bola Fresagem 1. de alta energia

1. Preparar 35 g de 1 a inicial: 1 proporção molar de Ni + Al mistura. Neste caso, pesa 11,02 g de Al, e 23,98 g de pó de Ni.
2. Use um frasco de moagem de aço para HEBM deste sistema. Certifique-se de que o frasco tem uma dureza maior do que os pós a ser adicionado, caso contrário, os pós irão danificar o frasco e irá surgir a contaminação. Nota: escolhas jar típicos incluem aço, óxido de zircônio, ou carboneto de tungstênio.
3. Utilize a 5: 1 bola: pó (razão de carga) para este sistema, ou seja, 175 g de esferas de aço de 10 mm. Certifique-se de que as bolas são feitas do mesmo material que o frasco de....

Resultados

Para preparar compostos energéticos nanoestruturados, uma mistura de componentes em pó desejados (tipicamente micrômetro de tamanho) é tratada mecanicamente sob condições de moagem predefinidos. O tempo de processamento (normalmente minutos) é controlada com precisão para gerar as partículas de composição nanocompósito homogeneizadas mas não permitindo que a reacção química auto-sustentada para iniciar durante a moagem.

A Figura 1 e um vídeo que mostra a áre.......

Discussão

O protocolo fornece uma descrição detalhada para a preparação de energéticos (Ti + C, Ta + C, Ni + Al) nanocompósitos reativos com microestrutura adaptados usando o método HEBM de curto prazo. HEBM de misturas heterogéneas GASLESS envolvem o seu processamento num moinho de bolas planetário de alta-velocidade, em que as partículas da mistura são submetidos a um impacto mecânico com uma força suficiente para a quebra de componentes frágeis (por exemplo, grafite) e a deformação de componentes de plástico (por .......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Titânio	Alfa Aesar	42624	Tamanho de partícula: -325 mesh Pureza, 99,5%
Grafite	Alfa Aesar	46304	Tamanho de partícula: 7-11 mícrons Pureza, 99%
Níquel	Alfa Aesar	10256	Tamanho de partícula: 3-7 mícrons Pureza, 99,9%
Alumínio	Alfa Aesar	11067	Tamanho de partícula: -325 mesh Pureza, 99,5%
de tântalo	Materion produtos químicos avançados	T-2017	Tamanho da partícula: 325 mesh Pureza, 99,9%
Carbon lampblack	Fisher scientific	C198-500	Tamanho da partícula: 0,1 mícron Pureza, 99,9%
fio de tungstênio	Mcmaster Carr		0,032 "diâmetro
Moinho de bolas planetário	Retsch GmbH, Alemanha
Prensa uniaxial	Carver Peneira Hidráulica
agitador	Gilson performer
Prensa cilíndrica de aço inoxidável morrer	Máquina
de açãoPeneiras de aço inoxidável	Mcmaster Carr	Tipo 304
Câmera térmica de alta velocidade (SC6000)	FLIR
Helios NanoLab 600, Microscópio Eletrônico de Varredura por Emissão de Campo (FESEM) Equipado por Focus Ion Beam (FIB)	Reator
com pompa a vácuo	Máquina de
Autoslice e View (S& V)	FEI
Avizo Fire	FEI

cilíndrico FEI ação