Investigadores del Ejército de los EE. UU. Y las mejores universidades descubrieron una nueva forma de obtener más energía de los materiales energéticos que contienen aluminio. común en los sistemas de campo de batalla, encendiendo polvos de micrones de aluminio recubiertos con óxido de grafeno.

Este descubrimiento coincide con una de las prioridades de modernización del Ejército:fuegos de precisión de largo alcance. Esta investigación podría conducir a un rendimiento energético mejorado de los polvos metálicos como ingredientes propulsores / explosivos en las municiones del Ejército.

Alabado como un material milagroso, el grafeno se considera el material más resistente y ligero del mundo. También es el más conductor y transparente, y caro de producir. Sus aplicaciones son muchas, extendiéndose a la electrónica habilitando laptops con pantalla táctil, por ejemplo, con diodo emisor de luz, o LCD, o en diodos emisores de luz orgánicos, o pantallas OLED y medicamentos como secuenciación de ADN. Al oxidar el grafito es más barato producirlo en masa. El resultado:óxido de grafeno (GO).

Aunque GO es un material bidimensional popular que ha atraído un gran interés en numerosas disciplinas y aplicaciones de materiales, este descubrimiento aprovecha GO como un aditivo ligero eficaz para aplicaciones energéticas prácticas que utilizan polvos de aluminio de tamaño micrón (μAl), es decir., partículas de aluminio de una millonésima de metro de diámetro.

El equipo de investigación publicó sus hallazgos en la edición de octubre de ACS Nano con la colaboración del Laboratorio de Investigación RDECOM, el laboratorio de investigación corporativa del Ejército (ARL), Universidad Stanford, Universidad del Sur de California, Instituto de Tecnología de Massachusetts y Laboratorio Nacional Argonne.

Este nuevo trabajo publicado marca un comienzo en ARL para el desarrollo de partículas funcionalizadas como energías novedosas bajo varios nuevos programas apalancados dirigidos por los Dres. Chi-Chin Wu y Jennifer Gottfried. ARL está liderando esfuerzos científicos conjuntos con la Universidad de Tennessee, Universidad Tecnológica de Texas, Investigación del ejército, Centro de Desarrollo e Ingeniería en Picatinny, NUEVA JERSEY., y con el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea estableciendo una nueva vía de investigación para desarrollar ingredientes explosivos / propulsores de metal novedosos y superiores para proteger más vidas para los combatientes del Ejército.

"Debido a que el aluminio (Al) teóricamente puede liberar una gran cantidad de calor (hasta 31 kilojulios por gramo) y es relativamente barato debido a su abundancia natural, μLos polvos se han utilizado ampliamente en aplicaciones energéticas, "dijo Wu. Sin embargo, es muy difícil encenderlos con una lámpara de flash óptico debido a la mala absorción de la luz. Para mejorar la absorción de luz de mAl durante el encendido, a menudo se mezcla con óxidos metálicos pesados ​​que disminuyen el rendimiento energético, "Dijo Wu.

Polvos de Al de tamaño nanométrico (es decir, una milmillonésima parte de un metro de diámetro) pueden encenderse más fácilmente con una lámpara de flash óptico de área amplia para liberar calor a una velocidad mucho más rápida que la que se puede lograr utilizando métodos convencionales de un solo punto, como la ignición por hilo caliente. Desafortunadamente, Los polvos de Al de tamaño nanométrico son muy costosos.

El equipo demostró el valor de los compuestos μAl / GO como potenciales ingredientes propulsores / explosivos a través de un esfuerzo de investigación colaborativo dirigido por el profesor Xiaolin Zheng en la Universidad de Stanford y apoyado por el Dr. Chi-Chin Wu y la Dra. Jennifer Gottfried de ARL. Esta investigación demostró que GO puede permitir la ignición eficiente de μAl a través de una lámpara de flash óptico, liberando más energía a un ritmo más rápido, mejorando así significativamente el rendimiento energético de μAl más allá del del polvo de Al de tamaño nanométrico más caro. El equipo también descubrió que la ignición y la combustión de los polvos μAl se pueden controlar variando el contenido de GO para lograr la producción de energía deseada.

Las imágenes que muestran la estructura de las partículas compuestas μAl / GO se obtuvieron mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) de alta resolución realizada por Wu, un investigador de materiales que dirige la investigación de plasma para la Rama de Ciencia de Materiales Energéticos en la División de Letalidad de la Dirección de Investigación de Armas y Materiales de ARL. "Es emocionante ver con nuestros propios ojos a través de microscopía avanzada como TEM cómo se puede utilizar un simple proceso de mezcla mecánica para envolver bien las partículas de μAl en una hoja GO, "dijo Wu.

Además de demostrar los efectos de combustión mejorados del calentamiento con lámpara de flash óptico de los compuestos μAl / GO del grupo Stanford, Gottfried, un científico físico en ARL, demostró que el GO aumentó la cantidad de μAl que reacciona en la escala de tiempo de microsegundos, es decir., una millonésima de segundo un régimen análogo a la liberación de energía explosiva durante un evento de detonación. Tras la iniciación del compuesto μAl / GO con un láser pulsado utilizando una técnica llamada choque de aire inducido por láser a partir de materiales energéticos (LASEM), las reacciones exotérmicas del μAl / GO aceleraron la velocidad de choque inducida por láser resultante más allá de la del μAl puro o del GO puro. Según Gottfried, "el compuesto μAl / GO tiene el potencial de aumentar el poder explosivo de las formulaciones militares, 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.