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ナノサーミットまたはスーパーサーミットは、主成分である金属燃料と酸化剤の粒子サイズが100ナノメートル未満であることを特徴とする準安定分子間複合体 (MIC) です。これにより、高いカスタマイズ可能な反応速度が可能になります。ナノサーミットには、ナノメートルスケールで密接に混合された酸化剤と還元剤が含まれています。ナノサーミット材料を含む MIC は、軍事用途だけでなく、推進剤、爆薬、花火などの一般的な用途でも研究されている反応性材料の一種です。
MIC と従来のテルミットの違いは、酸化剤と還元剤 (通常は酸化鉄とアルミニウム) が極めて微細な粉末 (ナノ粒子)の形になっていることです。これにより、マイクロメートル サイズの粉末テルミットに比べて反応性が飛躍的に高まります。従来のテルミットの燃焼速度を遅くする物質移動メカニズムは、このスケールではそれほど重要ではないため、[要出典]反応ははるかに速く進行します。
潜在的な用途
歴史的に、従来のテルミットは、エネルギー放出速度が比較的遅いため、花火や爆発への応用は限られていました。ナノテルミットは、原子スケールに近い反応粒子から作られるため、エネルギー放出速度ははるかに高くなります。[1]
MICまたはスーパーテルミットは、一般的に軍事用途、推進剤、爆薬、焼夷装置、花火用に開発されています。ナノサイズ材料の軍事用途の研究は、1990年代初頭に始まりました。[2]ナノテルミット材料は、反応速度が非常に速いため、従来の爆薬よりも数倍強力な新しいタイプの爆弾の開発を目的として、米軍によって研究されています。[3]ナノエネルギー材料は、従来のエネルギー材料よりも多くのエネルギーを貯蔵でき、このエネルギーの放出を調整するために革新的な方法で使用できます。サーモバリック兵器は、ナノエネルギー材料の潜在的な用途の1つです。[4]
種類
熱力学的に安定した燃料と酸化剤の組み合わせは数多く考えられます。その一部を以下に示します。
- アルミニウム-モリブデン(VI)酸化物
- アルミニウム銅(II)酸化物
- アルミニウム-鉄(II,III)酸化物
- アンチモン-過マンガン酸カリウム
- アルミニウム-過マンガン酸カリウム
- アルミニウムビスマス(III)酸化物
- アルミニウム-酸化タングステン(VI)水和物
- アルミニウムフッ素ポリマー（典型的にはバイトン）
- チタン-ホウ素（燃焼すると二ホウ化チタンになり、金属間複合材料と呼ばれる化合物のクラスに属します）。
軍事研究では、アルミニウム-モリブデン酸化物、アルミニウム-テフロン、アルミニウム-銅(II)酸化物が大きな注目を集めています。[2]テストされた他の組成物は、ナノサイズのRDXと熱可塑性 エラストマーをベースにしていました。PTFEまたは他のフッ素ポリマーは、組成物のバインダーとして使用できます。アルミニウムとの反応は、マグネシウム/テフロン/バイトンテルミットと同様に、反応にエネルギーを追加します。[5] リストされている組成物のうち、過マンガン酸カリウムを含むものは、最も高い加圧率を持っています。[6]
ナノエネルギー材料を調製する最も一般的な方法は、2g 未満の量で超音波処理することです。生産規模を拡大するための研究もいくつか行われています。これらの材料は静電放電 (ESD) に対する感受性が非常に高いため、現在は 1 グラム未満の規模が一般的です。
生産
ナノアルミニウム、または超微粒子 (UFG) アルミニウムの粉末は、ほとんどのナノサーミティック材料の主要成分です。この材料を製造する方法は、ロスアラモス国立研究所のウェイン・ダネンとスティーブ・ソンが開発した動的気相凝縮法です。この方法の変種が、海軍水上戦闘センターのインディアンヘッド部門で使用されています。もう 1 つの製造方法は、NovaCentrix が開発した電熱合成法で、パルスプラズマアークを使用してアルミニウムを蒸発させます。動的気相凝縮法と電熱合成法で作られた粉末は区別がつきません。[7]この製造の重要な側面は、数十ナノメートルの範囲のサイズの粒子を製造できることと、粒子サイズの分布が限られていることです。2002 年当時、ナノサイズのアルミニウム粒子の製造にはかなりの労力が必要であり、この材料の商業的供給源は限られていました。[2]
ローレンス・リバモア国立研究所のランドール・シンプソン、アレクサンダー・ガッシュらが開発したゾルゲル法の応用は、ナノ構造の複合エネルギー材料の実際の混合物を作るのに使用できます。プロセスに応じて、異なる密度のMICを生成できます。超臨界抽出により、高度に多孔質で均一な製品を実現できます。[2]
点火
すべての爆発物と同様に、制御と単純化の研究はナノスケール爆発物の研究の目標でした。[2]レーザーパルス で点火できるものもあります。[2]
MICは雷管や電気マッチに使用される鉛（例えばスチフニン酸鉛、アジ化鉛）の代替品として研究されてきた。Al-Bi 2 O 3をベースとした組成物が使用される傾向にある。PETNを任意で添加してもよい。[8]
アルミニウム粉末はナノ爆薬に添加することができる。アルミニウムは燃焼率が比較的低く、燃焼エンタルピーが高い。[9]
ナノテルミット混合物の発火によって生じるテルミット反応の生成物は、通常、金属酸化物と元素金属である。反応中の温度では、混合物の成分に応じて、生成物は固体、液体、または気体になる可能性がある。[10]
危険
従来のテルミットと同様に、スーパーテルミットは非常に高温で反応し、消火が困難です。反応により危険な紫外線 (UV) が発生するため、反応を直接見ないようにするか、特別な目の保護具 (溶接マスクなど) を着用する必要があります。
さらに、スーパーテルミットは静電放電（ESD）に非常に敏感です。金属酸化物粒子をカーボンナノファイバーで囲むことで、ナノテルミットの取り扱いがより安全になる可能性があります。[11]
参照
参考文献
- ^ 「Al粒子サイズがAl/テフロン混合物の熱劣化に与える影響」(PDF)。Informaworld.com。2007年8月8日。 2010年3月3日閲覧。
- ^ abcdef Miziolek, Andrzej (2002). 「ナノエナジェティクス：国家的に重要な新興技術分野」（PDF） AMPTIAC Quarterly 6 ( 1). 2016年5月12日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2009年7月8日閲覧。
- ^ Gartner, John (2005 年 1 月 21 日)。「Military Reloads with Nanotech」。MIT Technology Review。2009年 5 月 7 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年5 月 3 日閲覧。
- ^ 「Novel Energetic Materials」。GlobalSecurity.org 。 2011年10月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 2002年海軍研究局の航空および地上兵器技術プログラムの評価、海軍研究委員会（NSB）。Books.nap.edu。2003年6月1日。doi : 10.17226/ 10594。ISBN 978-0-309-08601-1. 2011年12月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年3月3日閲覧。
- ^ 「ナノサーマイト推進剤の反応速度論と熱力学」 Ci.confex.com。2011年8月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年3月3日閲覧。
- ^ 「ナノアルミニウムの安全性と取り扱い」(PDF) 。 2011年2月4日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2010年10月12日閲覧。
- ^ 「小口径カートリッジおよびカートリッジ作動装置用の準安定分子間複合体 (MIC) (PDF)」(PDF)。2011 年 2 月 4 日にオリジナルからアーカイブ(PDF) 。2010 年 3 月 3 日に取得。
- ^ 「反応性ナノ複合粉末に基づくアルミニウム燃焼速度調整剤 (PDF)」(PDF) 。2011年 2 月 4 日にオリジナルからアーカイブ(PDF) 。2010年 3 月 3 日に取得。
- ^ Fischer, SH; Grubelich, MC (1996年7月1日～3日). 「花火用途の可燃性金属、テルミット、金属間化合物の調査」(PDF)。2023年2月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年7月17日閲覧。
- ^ Brown, Mike (2010 年 11 月 5 日)。「ナノファイバーが爆発物を鎮火させる」。Chemistry World。英国王立化学協会。2011 年 2 月 4 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年 12 月 20 日閲覧。
外部リンク
- Al/KMnO4の超反応性準安定分子間複合処方の合成と反応性
- 小口径カートリッジおよびカートリッジ作動装置用の準安定分子間複合材料
- ナノ複合エネルギー材料Al-MoO3の性能
- John J. Granier (2005 年 5 月)。Al ナノ粒子およびナノ複合 Al+MoO3 テルミットの燃焼特性(PDF) 。テキサス工科大学。2008年 9 月 8 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2009年5 月 3 日に取得(博士論文)。
{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 追記 (リンク)