Los científicos del ejército demostraron una predicción de hace décadas de que la mezcla de TNT y nanopartículas de aluminio novedosas puede mejorar significativamente el rendimiento energético. Se espera que este descubrimiento explosivo amplíe el alcance de la potencia de fuego del Ejército de los EE. UU. En la batalla.

Investigadores del Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. Y de la Universidad Tecnológica de Texas demostraron una mejora de hasta un 30 por ciento en la velocidad de detonación del explosivo TNT al agregar nuevas nanopartículas de aluminio en las que la capa de alúmina nativa ha sido reemplazada por una sal oxidante llamada AIH. o yodato de aluminio hexahidratado.

La estructura de las nanopartículas de aluminio recubiertas de AIH se reveló por primera vez a través de microscopía electrónica de transmisión (TEM) de alta resolución realizada por el Dr. Chi-Chin Wu de ARL. un investigador de materiales que dirige la investigación de plasma para la Rama de Ciencia de Materiales Energéticos del laboratorio en la División de Letalidad de la Dirección de Investigación de Armas y Materiales.

Wu dijo que esta investigación revolucionaria ofrece el potencial para la explotación de aluminio y potencialmente otras nanopartículas metálicas en formulaciones explosivas para extender el alcance y el poder destructivo de los sistemas de armas del Ejército. un objetivo clave de la prioridad de modernización de los "Fuegos de precisión de largo alcance" del Ejército.

"Creemos que estos resultados son muy prometedores para mejorar el rendimiento de detonación de explosivos militares convencionales con nanopartículas de aluminio por primera vez, "dijo la Dra. Jennifer Gottfried de ARL, un químico físico que colaboró ​​en la investigación.

"Es muy emocionante hacer avanzar la ciencia hasta un punto en el que podamos aprovechar más energía química de las partículas metálicas en escalas de tiempo más rápidas. Este es un momento emocionante para transformar la tecnología de generación de energía, "dijo la Dra. Michelle L. Pantoya, la Cátedra J. W. Wright Regents en Ingeniería Mecánica y Profesora en la Universidad Tecnológica de Texas.

Los detalles de este trabajo revolucionario se describen en el artículo publicado el 28 de mayo del equipo "Mejorar el rendimiento explosivo de las nanopartículas de aluminio con hexahidrato de yodato de aluminio (AIH)" de Jennifer L. Gottfried, Dylan K. Smith, Chi-Chin Wu, y Michelle L. Pantoya en la revista de alto impacto Informes científicos .

El equipo descubrió que el núcleo de aluminio cristalino estaba protegido eficazmente contra la oxidación no deseada por la capa de AIH, que aparece como nódulos que sobresalen en la superficie de aluminio. La reactividad mejorada debido a esta característica morfológica única y la estructura de núcleo-capa novedosa se demostró mediante un choque de aire inducido por láser de experimentos con materiales energéticos. un innovador método de prueba energética a escala de laboratorio desarrollado por Gottfried. Esta técnica implica impactar la muestra con una alta energía, pulso láser enfocado para romper violentamente las moléculas explosivas. La interacción del láser con el material forma un plasma inducido por láser y produce una onda de choque que se expande hacia el aire circundante. La energía liberada de una muestra explosiva se puede determinar experimentalmente midiendo la velocidad de choque inducida por láser con una cámara de alta velocidad.

Hace décadas se predijo que las nanopartículas de aluminio tienen el potencial de mejorar el rendimiento energético de explosivos y propulsores debido a su alto contenido energético y su potencial de combustión rápida. Esto se debe a que tienen áreas de superficie excepcionalmente grandes en comparación con su volumen total y un calor de reacción muy grande. Sin embargo, la superficie de las nanopartículas de aluminio se oxida naturalmente en el aire para formar una capa gruesa de alúmina, típicamente 20% en peso, que no solo reduce el contenido energético de las nanopartículas al reducir la cantidad de aluminio activo, también ralentiza la velocidad de liberación de energía porque actúa como una barrera para la reacción del aluminio con el explosivo. Por lo tanto, Reemplazo de la cáscara de óxido, según lo logrado con éxito por TTU, Puede mejorar significativamente el rendimiento explosivo.

Estos esfuerzos conjuntos preliminares también han llevado a una colaboración de investigación formal bajo un Premio de Investigación del Director ARL, la Iniciativa de Colaboración Externa del año fiscal 2018 entre Wu y TTU.

Después de publicar dos artículos en revistas científicas de alto impacto el año pasado, el equipo está preparado para realizar investigaciones energéticas adicionales con nanopartículas de aluminio trabajando con el U.S. Army Research, Comando de Desarrollo e Ingeniería en Picatinny Arsenal, New Jersey, y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea.