La nano-termita o super-termita es un compuesto intermolecular metaestable (CMI) que se caracteriza por un tamaño de partícula de sus componentes principales, un metal y un óxido metálico , inferior a 100 nanómetros . Esto permite velocidades de reacción altas y personalizables. Las nanotermitas contienen un oxidante y un agente reductor , que están íntimamente mezclados en la escala nanométrica. Los MIC, incluidos los materiales nanotermíticos, son un tipo de materiales reactivos investigados para uso militar, así como para aplicaciones generales que involucran propulsores, explosivos y pirotecnia .
Lo que distingue a las CIM de las termitas tradicionales es que el oxidante y un agente reductor, normalmente óxido de hierro y aluminio , se encuentran en forma de polvos extremadamente finos ( nanopartículas ). Esto aumenta drásticamente la reactividad en relación con la termita en polvo de tamaño micrométrico . Como los mecanismos de transporte de masa que ralentizan las velocidades de combustión de las termitas tradicionales no son tan importantes a estas escalas, la reacción procede mucho más rápidamente.
Usos potenciales
Históricamente, las aplicaciones pirotécnicas o explosivas de las termitas tradicionales se han visto limitadas debido a sus tasas de liberación de energía relativamente lentas. Debido a que las nanotermitas se crean a partir de partículas reactivas con proximidades que se acercan a la escala atómica, las tasas de liberación de energía son mucho mayores. [1]
Los MIC o super-termitas se desarrollan generalmente para uso militar, propulsores , explosivos, dispositivos incendiarios y pirotecnia . La investigación sobre aplicaciones militares de materiales nanométricos comenzó a principios de la década de 1990. [2] Debido a su alta velocidad de reacción, los materiales nanotermíticos están siendo estudiados por el ejército estadounidense con el objetivo de desarrollar nuevos tipos de bombas varias veces más poderosas que los explosivos convencionales. [3] Los materiales nanoenergéticos pueden almacenar más energía que los materiales energéticos convencionales y pueden usarse de formas innovadoras para adaptar la liberación de esta energía. Las armas termobáricas son una aplicación potencial de los materiales nanoenergéticos. [4]
Tipos
Hay muchas combinaciones posibles de oxidante de combustible termodinámicamente estables. Algunos de ellos son:
- Aluminio - óxido de molibdeno (VI)
- Óxido de aluminio-cobre (II)
- Óxido de aluminio y hierro (II, III)
- Antimonio - permanganato de potasio
- Permanganato de aluminio y potasio
- Óxido de aluminio- bismuto (III)
- Aluminium- de tungsteno (VI) óxido de hidrato de
- Aluminio- fluoropolímero (típicamente Viton )
- Titanio - boro (se quema hasta formar diboruro de titanio , que pertenece a una clase de compuestos llamados compuestos intermetálicos).
En la investigación militar, el óxido de aluminio- molibdeno , el aluminio- teflón y el óxido de aluminio-cobre (II) han recibido una atención considerable. [2] Otras composiciones probadas se basaron en RDX nanométrico y con elastómeros termoplásticos . Puede usarse PTFE u otro fluoropolímero como aglutinante para la composición. Su reacción con el aluminio, similar a la termita de magnesio / teflón / vitón , agrega energía a la reacción. [5] De las composiciones enumeradas, aquella con permanganato de potasio tiene la tasa de presurización más alta . [6]
El método más común de preparación de materiales nanoenergéticos es mediante ultrasonidos en cantidades inferiores a 2 g. Se han desarrollado algunas investigaciones para aumentar las escalas de producción. Debido a la muy alta sensibilidad a las descargas electrostáticas (ESD) de estos materiales, actualmente son típicas las escamas de menos de 1 gramo.
Producción
Un método para producir polvos de aluminio a nanoescala o de grano ultrafino (UFG), un componente clave de la mayoría de los materiales nanotermíticos, es el método de condensación dinámica en fase gaseosa, iniciado por Wayne Danen y Steve Son en el Laboratorio Nacional de Los Alamos . Se está utilizando una variante del método en la División Principal de la India del Centro de Guerra Naval de Superficie . Los polvos elaborados mediante ambos procesos son indistinguibles. [7] Un aspecto crítico de la producción es la capacidad de producir partículas de tamaños en el rango de decenas de nanómetros, así como con una distribución limitada de tamaños de partículas. En 2002, la producción de partículas de aluminio de tamaño nanométrico requirió un esfuerzo considerable y las fuentes comerciales del material eran limitadas. [2] Actual [ ¿cuándo? ] los niveles de producción superan ahora los 100 kg / mes. [ cita requerida ]
Una aplicación del método sol-gel , desarrollado por Randall Simpson, Alexander Gash y otros en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , puede usarse para hacer las mezclas reales de materiales energéticos compuestos nanoestructurados. Dependiendo del proceso, se pueden producir MIC de diferente densidad. Se pueden lograr productos altamente porosos y uniformes mediante extracción supercrítica. [2]
Encendido
Al igual que con todos los explosivos, la investigación sobre el control pero la simplicidad ha sido un objetivo de la investigación sobre explosivos a nanoescala. [2] Algunos pueden encenderse con pulsos de láser . [2]
Los MIC se han investigado como un posible reemplazo del plomo (por ejemplo , estifnato de plomo , azida de plomo ) en los casquillos de percusión y fósforos eléctricos . Se suelen utilizar composiciones basadas en Al-Bi 2 O 3 . Opcionalmente se puede añadir PETN . [8]
Se puede agregar polvo de aluminio a los nano explosivos . El aluminio tiene una tasa de combustión relativamente baja y una alta entalpía de combustión . [9]
Los productos de una reacción de termita, que resultan de la ignición de la mezcla nanotermítica, suelen ser óxidos metálicos y metales elementales. A las temperaturas que prevalecen durante la reacción, los productos pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos, según los componentes de la mezcla. [10]
Peligros
Como la termita convencional, la súper termita reacciona a temperaturas muy altas y es difícil de extinguir. La reacción produce luz ultravioleta (UV) peligrosa que requiere que la reacción no se vea directamente o que se use protección especial para los ojos (por ejemplo, una máscara de soldador).
Además, las super termitas son muy sensibles a las descargas electrostáticas (ESD). Rodear las partículas de óxido metálico con nanofibras de carbono puede hacer que las nanotermitas sean más seguras de manejar. [11]
Ver también
- Thermate
- Composición pirotécnica
Referencias
- ^ "Efecto del tamaño de partícula de Al sobre la degradación térmica de mezclas de Al / teflón" (PDF) . Informaworld.com. 2007-08-08 . Consultado el 3 de marzo de 2010 .
- ^ a b c d e f Miziolek, Andrzej (2002). "Nanoenergética: un área de tecnología emergente de importancia nacional" (PDF) . AMPTIAC Quarterly . 6 (1) . Consultado el 8 de julio de 2009 .
- ^ Gartner, John (21 de enero de 2005). "Recargas militares con nanotecnología" . Revisión de tecnología del MIT . Consultado el 3 de mayo de 2009 .
- ^ Nuevos materiales energéticos , GlobalSecurity.org
- ^ "2002 Evaluación del Programa de Tecnología de Armas Aéreas y de Superficie de la Oficina de Investigación Naval, Junta de Estudios Navales (NSB)" . Books.nap.edu. 2003-06-01 . Consultado el 3 de marzo de 2010 .
- ^ "Cinética de reacción y termodinámica de propulsores de nanotermitas" . Ci.confex.com . Consultado el 3 de marzo de 2010 .
- ^ "Seguridad y manipulación de nano-aluminio" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 4 de febrero de 2011 . Consultado el 12 de octubre de 2010 .
- ^ "Compuestos intermoleculares metaestables (MIC) para cartuchos de pequeño calibre y dispositivos accionados por cartucho (PDF)" (PDF) . Consultado el 3 de marzo de 2010 .
- ^ "Modificadores de la tasa de combustión de aluminio basados en polvos nanocompuestos reactivos (PDF)" (PDF) . Consultado el 3 de marzo de 2010 .
- ^ Fischer, SH; Grubelich, MC (1 al 3 de julio de 1996). "Un estudio de metales combustibles, termitas e intermetálicos para aplicaciones pirotécnicas" (PDF) . Consultado el 17 de julio de 2009 .
- ^ Brown, Mike (5 de noviembre de 2010). "Las nanofibras desactivan explosivos" . Mundo de la química . Real Sociedad de Química . Consultado el 20 de diciembre de 2010 .
enlaces externos
- Síntesis y reactividad de una formulación compuesta intermolecular metaestable superreactiva de Al / KMnO4
- Compuestos intermoleculares metaestables para cartuchos de pequeño calibre y dispositivos accionados por cartucho
- Rendimiento de materiales energéticos nanocompuestos Al-MoO3
- John J. Granier (mayo de 2005). Características de combustión de Al nanopartículas y nanocompuestos Al + de MoO 3 termitas (PDF) . Universidad Tecnológica de Texas. Archivado desde el original (PDF) el 8 de septiembre de 2008 . Consultado el 3 de mayo de 2009 (tesis doctoral).CS1 maint: posdata ( enlace )