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发现可能导致弹药走得更远 速度更快

2019-03-14 15:54:45来源:

来自美国陆军和顶尖大学的研究人员发现了一种新方法,通过点燃涂有氧化石墨烯的铝微米粉末,从战场系统中常见的含铝能源材料中获取更多能量。

这一发现与陆军的现代化优先事项之一相吻合:长距离精确射击。这项研究可以提高金属粉末作为陆军弹药中推进剂/爆炸成分的能量性能。

作为奇迹材料,石墨烯被认为是世界上最强大,最轻的材料。它也是最具导电性和透明性,并且生产成本高。它的应用很多,通过启用触摸屏笔记本电脑,例如发光二极管或LCD,或有机发光二极管,或OLED显示器和DNA测序等医学,扩展到电子产品。通过氧化石墨可以更便宜地生产。结果:氧化石墨烯(GO)。

尽管GO是一种受欢迎的二维材料,引起了众多学科和材料应用的浓厚兴趣,但这一发现将GO作为一种有效的轻质添加剂,用于使用微米级铝粉(μAl)即铝颗粒的实际能量应用。百万分之一米的直径。

研究小组在RDECOM研究实验室,陆军企业研究实验室(ARL),斯坦福大学,南加州大学,麻省理工学院和阿贡国家实验室的合作下,在10月份的ACS Nano上发表了他们的研究结果。

这项新发表的工作标志着ARL开始在功能化粒子的开发作为Drs领导的几个新杠杆计划下的新能量学。Chi-Chin Wu和Jennifer Gottfried。ARL正在与田纳西大学,德克萨斯理工大学,新泽西州Picatinny的陆军研究,开发和工程中心以及空军研究实验室共同开展科学合作,建立一个新的研究途径,以开发出优质的新型金属推进剂/炸药成分。为陆军作战人员保护更多生命。

“由于铝(Al)理论上可以释放大量的热量(每克多达31千焦),并且由于其天然丰度而相对便宜,因此μAlpowders已被广泛用于能量应用,”吴说。然而,由于光吸收差,它们很难被光学闪光灯点燃。为了改善点火过程中αAl的光吸收,它经常与重金属氧化物混合,这会降低能量性能,“Wu说。

纳米级铝粉(即直径十亿分之一米)可以通过广域光学闪光灯更容易点燃,以比使用热线等常规单点方法更快的速度释放热量点火。不幸的是,纳米尺寸的Al粉末非常昂贵。

该团队通过斯坦福大学郑晓林教授领导并由ARL的Chi-Chin Wu博士和Jennifer Gottfried博士的支持,展示了μAl/ GO复合材料作为潜在推进剂/爆炸成分的价值。这项研究表明,GO可以通过光学闪光灯有效点燃μAl,以更快的速度释放更多的能量 - 从而显着提高μA1的能量性能,超过更昂贵的纳米级Al粉末。该团队还发现,通过改变GO含量可以控制μAl粉末的点火和燃烧,从而实现所需的能量输出。

显示μAl/ GO复合粒子结构的图像是通过高分辨率透射电子(TEM)显微镜获得的,Wu是一位材料研究员,他领导了武器和材料研究的致死性材料研究部的能量材料科学分子的等离子体研究。 ARL董事会。“通过TEM等先进的显微镜观察,我们很高兴看到如何使用简单的机械混合工艺将μAl颗粒很好地包裹在GO片材中,”Wu说。

除了斯坦福集团对μAl/ GO复合材料的光学闪光灯加热的增强燃烧效果之外,ARL的物理科学家Gottfried证明了GO在微秒时间尺度上增加了μAl反应的量,即百万分之一第二种 - 类似于在爆炸事件中释放爆炸能量的制度。在使用来自高能材料(LASEM)的激光诱导空气冲击技术的脉冲激光启动μAl/ GO复合材料时,μAl/ GO的放热反应加速了激光诱导的激光冲击速度超过纯μAl或纯GO。根据戈特弗里德的说法,“μAl/ GO复合材料因此有可能增加军用配方的爆炸力,同时增强燃烧或爆炸效果。”