Opdagelse kan føre til ammunition, der går længere, meget hurtigere

Forskere fra den amerikanske hær og topuniversiteter opdagede en ny måde at få mere energi ud af energiske materialer, der indeholder aluminium, almindelig i slagmarkssystemer, ved at antænde aluminium mikron pulvere belagt med grafenoxid.

Denne opdagelse falder sammen med en af ​​hærens moderniseringsprioriteter:Long Range Precision Fires. Denne forskning kan føre til forbedret energimæssig ydeevne af metalpulver som drivmiddel/eksplosive ingredienser i hærens ammunition.

Hyldet som et mirakelmateriale, grafen betragtes som det stærkeste og letteste materiale i verden. Det er også det mest ledende og gennemsigtige, og dyre at producere. Dens anvendelser er mange, udvide til elektronik ved at aktivere bærbare computere med berøringsskærm, for eksempel, med lysdiode, eller LCD, eller i organisk lysdiode, eller OLED-skærme og medicin som DNA-sekventering. Ved at oxidere grafit er det billigere at producere i massevis. Resultatet:grafenoxid (GO).

Selvom GO er et populært todimensionelt materiale, der har tiltrukket sig intens interesse på tværs af adskillige discipliner og materialeanvendelser, denne opdagelse udnytter GO som et effektivt letvægtsadditiv til praktiske energiske anvendelser ved hjælp af aluminiumspulvere i mikronstørrelse (μAl), dvs. aluminiumspartikler en milliontedel meter i diameter.

Forskerholdet offentliggjorde deres resultater i oktober-udgaven af ACS Nano med samarbejde fra RDECOM Research Laboratory, hærens virksomhedsforskningslaboratorium (ARL), Stanford University, University of Southern California, Massachusetts Institute of Technology og Argonne National Laboratory.

Dette nye offentliggjorte arbejde signalerer en begyndelse på ARL for udviklingen af ​​funktionaliserede partikler som ny energi under flere nye gearede programmer ledet af Dr. Chi-Chin Wu og Jennifer Gottfried. ARL leder fælles videnskabelig indsats med University of Tennessee, Texas Tech University, Hærens forskning, Udviklings- og teknikcenter i Picatinny, N.J., og med Air Force Research Laboratory, der etablerer en ny forskningsvej til at udvikle overlegne nye metaldrivmiddel/sprængstofingredienser for at beskytte flere liv for hærens krigskæmpere.

"Fordi aluminium (Al) teoretisk kan frigive en stor mængde varme (så meget som 31 kilojoule pr. gram) og er relativt billigt på grund af dets naturlige overflod, μAlpowders er blevet meget brugt i energiske applikationer, " sagde Wu. Men de er meget svære at blive antændt af en optisk blitzlampe på grund af dårlig lysabsorption. For at forbedre lysabsorptionen af ​​mAl under tænding, det er ofte blandet med tungmetalliske oxider, som nedsætter den energiske ydeevne, " sagde Wu.

Al-pulvere i nanometerstørrelse (dvs. en milliardtedel af en meter i diameter) kan lettere antændes af en optisk blitzlampe med stort område for at frigive varme med en meget hurtigere hastighed, end der kan opnås ved brug af konventionelle enkeltpunktsmetoder såsom hotwire-tænding. Desværre, Al-pulvere i nanometerstørrelse er meget dyre.

Holdet demonstrerede værdien af ​​μAl/GO-kompositter som potentielle drivstof-/eksplosive ingredienser gennem en fælles forskningsindsats ledet af professor Xiaolin Zheng ved Stanford University og støttet af ARL's Dr. Chi-Chin Wu og Dr. Jennifer Gottfried. Denne forskning viste, at GO kan muliggøre effektiv tænding af μAl via en optisk blitzlampe, frigiver mere energi i en hurtigere hastighed og forbedrer dermed den energiske ydeevne af μAl ud over det dyrere Al-pulver på nanometerstørrelse. Holdet opdagede også, at antændelse og forbrænding af μAl-pulvere kan styres ved at variere GO-indholdet for at opnå det ønskede energiudbytte.

Billeder, der viser strukturen af ​​μAl/GO-kompositpartiklerne, blev opnået ved højopløsningstransmissionselektronmikroskopi (TEM) udført af Wu, en materialeforsker, der leder plasmaforskningen for Energetic Materials Science Branch i Lethality Division af Weapons and Materials Research Directorate ved ARL. "Det er spændende at se med egne øjne gennem avanceret mikroskopi såsom TEM, hvordan en simpel mekanisk blandingsproces kan bruges til pænt at pakke μAl-partiklerne ind i et GO-ark, " sagde Wu.

Ud over at demonstrere forbedrede forbrændingseffekter fra optisk flashlampeopvarmning af μAl/GO-kompositterne fra Stanford-gruppen, Gottfried, en fysisk forsker ved ARL, demonstrerede, at GO øgede mængden af ​​μAl, der reagerede på mikrosekunders tidsskala, dvs. en milliontedel af et sekund et regime analogt med frigivelsen af ​​eksplosiv energi under en detonationshændelse. Ved initiering af μAl/GO-kompositten med en pulserende laser ved hjælp af en teknik kaldet laserinduceret luftchok fra energiske materialer (LASEM), de eksoterme reaktioner af μAl/GO accelererede den resulterende laser-inducerede stødhastighed ud over den for ren μAl eller ren GO. Ifølge Gottfried, "μAl/GO-kompositten har således potentialet til at øge den eksplosive kraft af militære formuleringer, in addition to enhancing the combustion or blast effects." As a result, this discovery could be used to improve the range and/or lethality of existing weapons systems.