Name: reaction kinetics and combustion dynamics of i4o9 and aluminum mixtures
Uploaded: 2016-11-07T15:00:00
Duration: 9 min 16 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures at JoVE.com

The authors Smith and Pantoya are grateful for partial support from DTRA under award HDTRA1-15-1-0029; and, ARO (and Dr. Ralph Anthenien) under award W911NF-14-1-0250 and equipment grant W911NF-14-10417. The authors J. Parkey and M. Kesmez are grateful for support from DTRA under award HDTRA1-15-P-0037. Thank you to Dr. Douglas Allen Dalton for helpful discussion.

OPMERKING: Zes verschillende oxidatiemiddelen onderzocht met het oog op het karakteriseren van de kinetiek van I O 4 9 in vergelijking met andere oxiden jodium. Elke oxidator wordt hieronder beschreven. De brandstof die wordt gebruikt voor alle mengsels was constant: Al poeder met 80 nm gemiddelde sferische deeltjesdiameter. Mengselbereiding beschreven volgende bespreking van elk oxidatiemiddel. 1. Bereiding van jodium (V) oxiden OPMERKING: Nano-aluminium / oxidator mengsels zijn zeer volatiel en kan explosief gedrag vertonen. Deze mengsels zijn gevoelig voor onbedoelde ontsteking door elektrostatische ontlading, wrijving, impact, en andere vormen van accidentele ontsteking. Alle apparatuur moet worden geaard om een ​​toevallige vonkontsteking verminderen. Hoeveelheden moeten worden tot een minimum beperkt en beschermingsmiddelen moeten worden gebruikt bij het hanteren van deze materialen. Meer informatie over de procedures voor de veiligheid en de behandeling kan worden gevonden in Maienschein et al. 18 <ol><li> Peerherstel commerciële I 2 O 5 <ol><li> Crush 10 g I 2 O 5 kristallen met een mortier en stamper tot een consistente poeder ontstaat. </li><li> Nadat de kristallen in poedervorm, gelijkmatig verdeeld de 10 g poeder in een keramische kroes geschikt voor het verwarmen tot 250 ° C. </li><li> Plaats gehele kroes in een oven en verhit tot 250 ° C bij 10 ° C / min en houden bij 250 ° C gedurende 5 minuten. </li></ol></li><li> Bereiding van amorf I 2 O 5 <ol><li> Plaats 3 g van het gemalen en gedroogde commerciële I 2 O 5 in een bekerglas met een magnetische roerder en voeg 3 g gedestilleerd water. Om het monster stevig volledig is opgelost, voeg een 1: 1 verhouding van water tot commerciële I 2 O 5 en meng gedurende 20 minuten. Ontbinding van I 2 O 5 in water vormt een waterige fase van IO-3. 17 </li><li> Giet de IO-3 oplossing in een snavelter die geschikt is voor verwarming. Om voldoende amorfe I verzekeren 2 O 5 wordt geproduceerd, gebruik drie keer de massa van IO 3 oplossing dan de massa nodig amorf I 2 O 5. Als bijvoorbeeld een gram amorfe I 2 O 5 nodig zijn gebruik 3 g IO 3 oplossing. </li><li> Plaats het bekerglas met IO 3 oplossing in een oven, verwarm tot 20 ° C / min tot 250 ° C en houd gedurende 10 minuten. </li><li> Het monster wordt een afgesloten houder blootstelling aan atmosferische water uit de omgeving te beperken. </li></ol></li><li> Voorbereiding kristallijn HIO 3 <ol><li> Herhaal stap 1.2.1 en plaats IO 3 oplossing op een magnetische roerder in een vochtige omgeving (minder dan 50% RV) tot al het overtollige water verdampt. Na indampen, wordt de waterige fase van IO 3 precipiteren als HIO 3 17. </li><li> Bewaar het monster in een gesloten container tot e beperkenXposure atmosferische water uit de omgeving. </li><li> Om overtollige water verdampt garanderen, plaats een monster in een differentiële scanning calorimeter (DSC) en verhit tot 250 ° C bij 10 ° C / min. Opmerking: Het gewichtsverlies bij 110 ° C gelijk zal 5% en is er geen massaverlies bij 210 ° C indien het monster pure HIO 3. Eventuele extra massaverlies is overtollig water, wat betekent dat het monster heeft meer tijd nodig om te verdampen. Gewichtsverlies bij 210 ° C: de I 2 O 5 niet volledig opgelost en water onder roeren nodig om het monster op te lossen. </li></ol></li></ol> 2. Mengsel Voorbereiding OPMERKING: De mengsels worden bereid in twee verschillende manieren: de ene met een dragervloeistof te helpen bij vermenging en andere zonder een dragervloeistof maar droog gemengd. Voor de verwerking van het gebruik van een dragervloeistof, werden mengsels bereid voor slechts drie oxidantia: I 4 O 9, nano I 2 O 5 en commercial I 2 O 5. <ol><li> Bereiding van mengsels in een dragervloeistof <ol><li> De gemengd in een dragervloeistof monsters te bereiden, meng 80 nm Al poeder met elk oxidator voor een totaal van twee gram Al en oxidatiemiddel mengsel tot een equivalentie verhouding van 1,0 in een bekerglas. </li><li> Voeg 60 ml isopropanol in de beker en ultrasone trillingen de oplossing met een sonische wand vastgesteld bij een uitgangsvermogen van 4 watt geprogrammeerd voor 10 seconden aan en 10 seconden uit een totaal van 2 min. </li><li> Giet oplossing in een glazen schaal en laat de oplossing verdampen in een zuurkast bij kamertemperatuur bij een relatieve vochtigheid van 20% gedurende 24 uur, waarbij poeders verlaten. OPMERKING: Alvorens stap 2.1.4 verzekeren scheermesblad verbonden met een elektrische aarde met een geleidende draad per ongeluk ontvlamming. </li><li> Reclaim the poeder met een geaarde scheermesje en het monster wordt om agglomeraten direct breken in een container die kan worden afgedicht om limit monster blootstelling aan atmosferische water. </li></ol></li><li> Bereiding van droge mengmonsters <ol><li> Zeef en meng twee gram Al en oxidatiemiddel mengsel met een spatel in een monsterhouder van een brandstof zuurstof equivalentie verhouding van 1,0. Sluit de sample container steekproef blootstelling aan atmosferische water te beperken. </li><li> Houd de monsters op een triltafel gedurende 3 minuten om vermenging te helpen. Naar monsters die op deze wijze droog gemengd. </li></ol></li></ol> 3. thermisch evenwicht Analyse <ol><li> Bereiding van monsters voor thermisch evenwichtsanalyse LET OP: Deze monsters reageren gemakkelijk met sfeervolle water. Relatieve luchtvochtigheid moet onder 30% en de blootstelling worden teruggebracht tot de atmosfeer moet worden beperkt (dwz monster op te slaan in verzegelde containers en het gebruik deksels op DSC-TGA smeltkroezen). <ol><li> Heat alumina smeltkroezen (meegeleverd met de DSC-TGA diagnostische) tot 1500 ° C en houd gedurende 30 minuten aan een te verwijderenresidu op de kroezen in de DSC-TGA. </li><li> Weeg smeltkroezen voor de monsters in de kroes geplaatst. Deze bepaling nodig is door de DSC-TGA. </li><li> Nadat de kroes wordt gewogen, voeg 10 mg van elk monster in een smeltkroes. </li><li> Het monster kroes op het thermokoppel in het DSC-TGA met een lege kroes in de referentie houder op de DSC thermokoppel. </li><li> Verwarm de monsters bij 10 ° C / min tot 600 ° C in een argonatmosfeer. </li></ol></li></ol> 4. Energy Voortplanting <ol><li> Bereiding van vlampijpen <ol><li> Gebruik kwartsbuizen met een binnendiameter van 3 mm en een lengte van 7 cm tot het poedermengsel bevatten. </li><li> Zet tape aan de ene kant, zodat poeder niet kan ontsnappen uit de buis. </li><li> Plaats elke 7 cm buis met een uiteinde vastgebonden op een schaal en nul de schaal. Dit zal de meting van alleen de massa van poeder mogelijk. </li><li> Met behulp van een spatel met een smalle uiteinde, steek de poeder samples in the buis. Voor elk van de mengsels, maken drie buisjes gevuld met elk mengsel herhaalbaarheid testen. </li><li> Gebruik van een staaf die een diameter kleiner dan 3 mm, compact poeder in de buis voor de monsters met een laag stortgewicht heeft (dat wil zeggen, Al + I 4 O 9 en Al + amorfe I 2 O 5) totdat het volume van het monster geen niet veranderen. Deze procedure is nodig om consistente stortgewicht tussen meerdere experimenten handhaven. Dit kan 200 mg poeder mengsel vereist. </li><li> Voor alle andere mengsels, die een hogere dichtheid hebben, niet comprimeren het poeder met behulp van externe kracht. Houd de bulk dichtheid constant tussen monsters met gelijkaardige bulk dichtheden. De hoeveelheid poeder in de buis varieert afhankelijk bulkdichtheid van het poeder. Dit kan tot 500 mg poeder mengsel vereist. </li><li> Meet de massa poedermengsel in elk buisje met de balans die werd getarreerd voor elke buis, voeg massa tot de dichtheid van het poeder within 5% van de andere monsters in elke groep. Zorg ervoor dat elke buis wordt volledig gevuld. </li></ol></li><li> Voorbereiding van de hete draad ignite <ol><li> Om de hete draad te bereiden, gebruik dan een nikkel-chroom (dat wil zeggen, nichroom) draad gesneden in secties van 10 cm lang. </li><li> Voeg een &quot;v&quot; vorm in het midden van de draad en leg de kabel zodat de &quot;v&quot; vorm in de buis. </li><li> Tape dit uiteinde van de buis zodat de draad stationair en geen poeder kan de buis ontsnappen. </li></ol></li><li> Voorbereiding van de high speed camera <ol><li> Plaats de high speed camera buiten de verbrandingskamer loodrecht op de richting van voortplanting van de vlam en de focus van de camera op de buis via een kijkvenster in de verbrandingskamer. OPMERKING: De primaire functie van de verbrandingskamer is voor personeel en apparatuur te beschermen tegen het reagerende materiaal worden geventileerd via een zuurkast. </li><li> Pas de plaatsing en de lens van the camera zodat de laagste resolutie (bijv hoogste beeldsnelheid) worden gebruikt. </li><li> Om de afstand kalibratie mogelijk te maken, plaatst u een liniaal met stappen mm en cm in het gezichtsveld en neem een ​​foto met de high speed camera voorafgaand aan de opname vlam snelheden. </li><li> Als de vlam voorzijde is aanzienlijk helderder dan omgevingslicht en de camera zal over-verzadigen bij blootstelling aan het licht gegenereerd door de reactie, hoe lager de blootstelling tijd in de camera-instellingen of voeg neutrale dichtheid filters om de lens van de camera om het bedrag te verlagen van het licht ontvangen door de camera sensoren. Verlaag de hoeveelheid licht die de camera ontvangen tot de verspreiding voorkant van de reactie duidelijk zichtbaar. Hier, het opzetten van neutrale dichtheid filters waardoor slechts 5% van het licht te passeren, en een belichtingstijd van 1 psec. </li><li> Bevestig een spanningsgenerator aan de einden van de draad. De verbrandingskamer moeten geïsoleerde kabels door de kamer waardoor de kamer af te dichten enkunnen externe verwarming van de draad. </li><li> Nadat de kamer wordt afgesloten, stelt de spanning generator tot 10 volt en tegelijkertijd beginnen met het camera-opname. Wanneer de spanning wordt toegepast, dient de reactie vrijwel onmiddellijk beginnen. </li><li> Exporteren de video in een softwareprogramma dat de positie van het vlamfront zal volgen als functie van de tijd in elk individueel beeld. </li><li> Exporteer de afstand en tijd stap informatie in een spreadsheet en plot een lineaire trend lijn met de R2-waarden. Voor tragere reacties, is de tijd die nodig is voor de reactie op een steady state te bereiken. De curve voor de steady state zal een exponentieel toenemende curve. Verwijder de gegevens die niet in normaal tot de R 2-waarde groter dan 0,95. De helling van de lijn is de vlam snelheid. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Selte, K., Kjekshus, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iodine+Oxides+Part+II+on+the+system+H2O+I2O5.">Iodine Oxides Part II on the system H2O I2O5.</a> Acta. Chem. Scand. 22, 3309-3320 (1968).</li><li>Little, B. K., Emery, S. B., Nittinger, J. C., Fantasia, R. C., Lindsay, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiochemical+Characterization+of+Iodine+(+V+)+Oxide+,+Part+1+Hydration+Rates.+(V).">Physiochemical Characterization of Iodine ( V ) Oxide , Part 1 Hydration Rates. (V).</a> Propell. Explos. Pyrot. 40, 595-603 (2015).</li><li>Smith, D. K., McCollum, J., Pantoya, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Environment+of+Iodine+Oxidation+State+on+Reactivity+with+Aluminum.">Effect of Environment of Iodine Oxidation State on Reactivity with Aluminum.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 11243-11250 (2016).</li><li>Farley, C., Pantoya, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reaction+kinetics+of+nanometric+aluminum+and+iodine+pentoxide.">Reaction kinetics of nanometric aluminum and iodine pentoxide.</a> J. Therm. Anal. Calorim. 02 (2), 609-613 (2010).</li><li>Little, B. K., Emery, S. B., Lindsay, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiochemical+Characterization+of+Iodine+(V)+Oxide+Part+II+Morphology+and+Crystal+Structure+of+Particulat+Films.">Physiochemical Characterization of Iodine (V) Oxide Part II Morphology and Crystal Structure of Particulat Films.</a> Crystals. 05 (4), 534-550 (2015).</li><li>Wikjord, A., Taylor, P., Torgerson, D., Hachkowski, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+behaviour+of+Corona-Precipitated+Iodine+Oxides.">Thermal behaviour of Corona-Precipitated Iodine Oxides.</a> Thermochim. Acta. 36, 367-375 (1980).</li><li>Little, B. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+dynamics+of+nano-aluminum/iodine+(V)+oxide.">Chemical dynamics of nano-aluminum/iodine (V) oxide.</a> J. Phys. Conf. Ser. 500 (5), 052025 (2014).</li><li>Feng, J., Jian, G., Liu, Q., Zachariah, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Passivated+iodine+pentoxide+oxidizer+for+potential+biocidal+nanoenergetic+applications.">Passivated iodine pentoxide oxidizer for potential biocidal nanoenergetic applications.</a> ACS Appl. Mater. Inter. 5 (18), 8875-8880 (2013).</li><li>Wang, H., DeLisio, J. B., Jian, G., Zhou, W., Zachariah, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospray+formation+and+combustion+characteristics+of+iodine-containing+Al/CuO+nanothermite+microparticles.">Electrospray formation and combustion characteristics of iodine-containing Al/CuO nanothermite microparticles.</a> Combust. Flame. 162 (7), 2823-2829 (2015).</li><li>Sunder, S., Wren, J. C., Vikis, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+Spectra+of+1409+Formed+by+the+Reaction+of+Iodine+with+Ozone.">Raman Spectra of 1409 Formed by the Reaction of Iodine with Ozone.</a> J. Raman Spectrosc. 16 (6), 424-426 (1985).</li><li>Selte, K., Kjekshus, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iodine+Oxides+Part+III.+The+Crystal+Structure+of+I2O5.">Iodine Oxides Part III. The Crystal Structure of I2O5.</a> Acta. Chem. Scand. 6 (24), 1913-1924 (1970).</li><li>Sherwood, P. M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=X-Ray+Photoelectron+Spectroscopic+Studies+of+Some+Iodine+Compounds.">X-Ray Photoelectron Spectroscopic Studies of Some Iodine Compounds.</a> J. Chem. Soc. 72, 1805-1820 (1976).</li><li>Russell, R., Bless, S., Pantoya, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact-Driven+Thermite+Reactions+with+Iodine+Pentoxide+and+Silver+Oxide.">Impact-Driven Thermite Reactions with Iodine Pentoxide and Silver Oxide.</a> J. Energ. Mater. 29 (2), 175-192 (2011).</li><li>Skulski, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic+iodine(I,+III,+and+V)+chemistry:+10+Years+of+development+at+the+Medical+University+of+Warsaw,+Poland.">Organic iodine(I, III, and V) chemistry: 10 Years of development at the Medical University of Warsaw, Poland.</a> Molecules. 5 (12), 1331-1371 (2000).</li><li>Nicolaou, K. C., Montagnon, T., Baran, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HIO3+and+I2O5+Mild+and+Selective+Alternative+Reagents+to+IBX+for+the+Dehydrogenation+of+Aldehydes+and+Ketones.">HIO3 and I2O5 Mild and Selective Alternative Reagents to IBX for the Dehydrogenation of Aldehydes and Ketones.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 293 (8), 1386-1389 (2002).</li><li>Lide, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> CRC Handbook of Chemistry and Physics. , 3485 (2005).</li><li>Kumar, R., Saunders, R. W., Mahajan, a. S., Plane, J. M. C., Murray, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+properties+of+iodate+solutions+and+the+deliquescence+of+crystalline+I2O5+and+HIO3.">Physical properties of iodate solutions and the deliquescence of crystalline I2O5 and HIO3.</a> Atmos. Chem. Phys. 10 (24), 12251-12260 (2010).</li><li>Maienschein, J., Pantoya, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Safety+in+Energetic+Materials+Research+and+Development-Approaches+in+Academia+and+a+National+Laboratory.">Safety in Energetic Materials Research and Development-Approaches in Academia and a National Laboratory.</a> Propell. Explos. Pyrot. 39 (4), 483-485 (2014).</li><li>Osborne, D. T., Pantoya, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Al+Particle+Size+on+the+Thermal+Degradation+of+Al/Teflon+Mixtures.">Effect of Al Particle Size on the Thermal Degradation of Al/Teflon Mixtures.</a> Combust. Sci. Technol. 179, 1467-1480 (2007).</li><li>Pantoya, M. L., Dean, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+alumina+passivation+on+nano-Al/Teflon+reactions.">The influence of alumina passivation on nano-Al/Teflon reactions.</a> Thermochim. Acta. 493 (1-2), 109-110 (2009).</li><li>Mulamba, O., Pantoya, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exothermic+surface+reactions+in+alumina-aluminum+shell-core+nanoparticles+with+iodine+oxide+decomposition+fragments.">Exothermic surface reactions in alumina-aluminum shell-core nanoparticles with iodine oxide decomposition fragments.</a> J. Nanopart. Res. 16 (3), 2310 (2014).</li><li>Nelyubina, Y., Antipin, M. Y., Lyssenko, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extremely+short+halogen+bond:+the+nature+and+energy+of+iodine-oxygen+interactions+in+crystalline+iodic+acid.">Extremely short halogen bond: the nature and energy of iodine-oxygen interactions in crystalline iodic acid.</a> Mendeleev. Commun. 21, 250-252 (2011).</li><li>Bockmon, B. S., Pantoya, M. L., Son, S. F., Asay, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combustion+velocities+and+propagation+mechanisms+of+meta-stable+intermolecular+composites.">Combustion velocities and propagation mechanisms of meta-stable intermolecular composites.</a> J. Appl. Phys. 98 (6), 064903 (2005).</li><li>Pantoya, M. L., Levitas, V. I., Granier, J. J., Henderson, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+bulk+density+on+reaction+propagation+in+nanothermites+and+micron+thermites.">Effect of bulk density on reaction propagation in nanothermites and micron thermites.</a> J. Propul. Power. 25 (2), 465-470 (2009).</li></ol>

Alle auteurs hebben geen concurrerende financiële belangen of andere belangenconflicten.

De I 4 O 9 poeder hier gestudeerd werd gesynthetiseerd met behulp van een &quot;droge&quot; benadering van I vormen 4 O 9 door het combineren van elementair jodium en zuurstof. Dit monster wordt aangeduid als I 4 O 9. Nanopartikel I 2 O 5 werd ook gesynthetiseerd voor deze studie. Specifiek, een deel van I O 4 9 werd verwarmd langs de dissociatietemperatuur van 4 I O 9 (dat wil zeggen 180 ° C) maar onder de dissociatietemperatuur van I 2 O 5 (400 ° C). Dit proces resulteert in deeltjes met een diameter van 200-400 nm. Dit monster wordt aangeduid als nano I 2 O 5. Deeltjesgrootte metingen werden verkregen met TEM waarbij het monster vereist in een vacuüm. Echter, ik 4 O 9 uiteenvalt in I 2 O 5 in een vacuüm, zodat afmetingen van I 4 O 9 niet direct werden verkregen. Omdat de nano I 2 O &lt;sub&gt; 5 deeltjesdiameters tussen 200-400 nm en gesynthetiseerd door het verhitten van de I O 4 9 monster wordt aangenomen dat I O 4 9 heeft dezelfde diameter. Een gemeenschappelijke benadering synthetiseren I 2 O 5 is door thermische dehydratatie van joodzuur vormen I 2 O 5 1,2,8 en materiaal bereid met deze werkwijze is commercieel verkrijgbaar. De commerciële I 2 O 5 wordt ontvangen als grove kristallen en kunnen verschillende concentraties van iodic zuren afhankelijk van op- en overslag voorwaarden. Om ervoor te zorgen monsters pure I 2 O 5, de monsters gedehydrateerd voorafgaand aan het gebruik zoals beschreven in stap 2.1.1.3. De diameter van de deeltjes in het monster tussen 1-5 um. Dit monster wordt aangeduid als commerciële I 2 O 5. De amorfe I 2 O 5 monster wordt gemaakt van deze verzadigde IO 3-oplossing<html> . Toen I 2 O 5 wordt gemengd met water, een oplossing van IO 3 gecreëerd. Dit wordt gedaan in stap 2.1.2 en deze stappen zal een verzadigde IO 3 oplossing te verlaten. Water katalyseert de vorming van kristallen in iodic zuren. Amorfe vorm I 2 O 5 moet de temperatuur boven de temperatuur van dehydratatie HI 3 O 8 en verwarmd met een snelheid die niet zal toestaan dat een kristalstructuur te vormen, wordt dit gedaan in stap 1,2. De concentratie van IO 3 in oplossing zal de hoeveelheid amorf I 2 O 5 die tijdens dehydratatie bepalen. Deze monsters moeten rood worden na dehydratatie met vermelding van het monster is een amorfe vorm van I 2 O 5. Dit monster wordt aangeduid als amorfe I 2 O 5. Ook XRD analyse (niet inbegrepen) werd voorgevormd en bevestigd de amorfe structuur van de I 4 O 9 en amorfe I 2 O 5 monsters. ent &quot;&gt; wanneer in oplossing, HIO 3 wordt overtollig water vrijgeven en een kristalstructuur. De tijd die nodig is om het overtollige water te verdampen is afhankelijk van de grootte van de beker, RH en concentratie van de IO 3 oplossing. In ons laboratorium bij 20% RH menging op de hierboven besproken werden 3-5 dagen nodig om overtollig water te verdampen uit de monsters. de oplossing verandert in een vaste kristal. Deze werkwijze wordt in stap 2.1.3 en genoemde monster als HIO 3 uitdrogen. joodzuur wordt aangeduid als commerciële HIO 3. Bij blootstelling aan atmosferische oplossing of water, jodium (V) oxide ondergaat chemische reacties die de samenstelling van het eindproduct wijzigt. Om deze transformatie te beperken, zijn alle zes oxides ook gemengd met Al onopgelost. Thermische analyse met behulp van DSC-TGA is gekalibreerd in een argon atmosfeer met behulp van monsters met bekende onset temperaturen en massa verliezen. Een vlam tubepparatus bekend als Bockmon Buis 23 wordt gebruikt om vlamsnelheden meten. Vlamsnelheid experimenten zijn gevoelig voor de dichtheid van het mengsel. Pantoya et al. Toonden aan dat voor nano-Al gebaseerde termieten, toenemende dichtheid kan de Al reactiemechanisme te onderdrukken en verminderde de rol van convectief energietransport daardoor vlam snelheid 24 vertragen. Daarom zijn experimenten uitgevoerd voor verschillende mengsels gewoonlijk ontworpen om een ​​constant stortgewicht houden. De fysische en chemische eigenschappen van de hier onderzochte oxydatiemiddelen sterk variëren zodanig dat het niet mogelijk was om consistente bulkdichtheid te verkrijgen met zes droge mengsels. Hierdoor jood meervoudige oxiden met verschillende fysische en chemische eigenschappen worden getest om een ​​vergelijkingsbasis waarin verschillen in% TMD, kristalstructuur, en hydratatie staten omvat bieden. Nadat het poeder is in de buizen zijn geplaatst en gemeten, wordt hete draad gebruikt om op afstand te ontsteken van het mengsel. Nadat de vlampijpen worden bereid met poedermengsel worden vlamsnelheden gemeten in een verbrandingskamer met een high-speed camera. De frame rate van de camera kan worden verhoogd door de resolutie te verlagen. Het verminderen van de resolutie frame rate te verhogen minder fouten te produceren dan een hogere resolutie in een trager frame rate. Dit is de reden waarom, in stap 4.2.2, de laagste resolutie die kan stilstaand beeld het hele vlam buis wordt gebruikt, zal de maximale frames per seconde de camera kan opnemen zonder verlies van informatie te vergroten. Voor onze kamer, met een resolutie van 256 x 86 werd gebruikt die de camera op te nemen toegestaan ​​op 300.000 fps. Kwantificeren vlamsnelheden in sterk reactieve mengsels inherent moeilijk vanwege het grote aantal variabelen die van invloed kunnen reactiviteit (bijv mengsel homogeniteit, deeltjesgrootte, dichtheid, voortplantingsrichting, voortplantingssnelheid, etc.). Door een kwartsbuis met een inwendige diameter minder dan 4 mm in combinatie met een hoge snelheid camera met grijsfilters, de voortplantingsrichting gecontroleerd (bijvoorbeeld 1-D) en de hoeveelheid licht die door de camera wordt ontvangen, kan worden teruggebracht tot een minimum drempelwaarde zodat de voorrand van het uitgestraalde licht door de reactie zichtbaar en duidelijk gemeten. Deze meting wordt ervan uitgegaan dat de progressie van deze weinig licht is op hetzelfde tarief als de reactie front. Daarom kan fotodiodes niet zo nauwkeurig te volgen van de reactie propagatie omdat de hoge lichtintensiteit van emissielicht te reizen en verzadigen sensoren sneller dan de reactie kan veroorzaken. Ook de eerste 1-2 cm van de lengte van de buis wordt beschouwd als een ingang gebied of regio onvast of versnellen voortplanting. Lineaire meting van de afstand als functie van de tijd moet worden gehouden buiten deze ingangsgebied om stabiele vlam snelheid te bepalen. De DSC / TGA is een thermisch evenwicht analyse die shows gedetailleerde reactiekinetiek die niet zeer reactieve materialen kunnen worden waargenomen (dwz niet waargenomen onder omstandigheden niet thermisch evenwicht). De combinatie van DSC / TGA analyse en vlamsnelheden geven specifieke informatie over de verschillen in de kinetiek die gevolgen hebben voor verschillen in de vlamsnelheid resultaten kan hebben. Hierdoor is de combinatie van deze meetmethode is een krachtig hulpmiddel voor het begrijpen en beheersen zeer reactieve materialen.

Er zijn veel jodium oxide verbindingen (bijvoorbeeld HIO 3, HI 3 O 8, I 2 O 5, I 4 O 9), maar de ene meest bestudeerde voor de reactie met aluminium (Al) is dijodide pentoxide, I 2 O 5 1 - 16. Er zijn redenen om begunstiging I 2 O 5 verstookt Al: (1) I O 2 5 heeft een oxidatietoestand van vijf waardoor het een sterke oxidator verbrandingslucht wordt synchronisatie; (2) I 2 O 5 is semi-stabiel, afhankelijk van de weersomstandigheden, en een makkelijke prooi in poedervorm; en (3) I 2 O 5 is relatief gemakkelijk te produceren en gemakkelijk beschikbaar. Andere vormen van jodium oxide die zijn onderzocht zijn HIO 3, HI 3 O 8, en I 4 O 9. Bij verhitting tot lage temperaturen (bijvoorbeeld, 180 ° C), 4 I O 9 dermally uiteenvalt in I 2 O 5 6 Volgens vergelijking (1) en de ontledingsreactie is exotherm. (1) 5I 4 O 9 → 9I 2 O 5 + I 2 Als I 4 O 9 kunnen worden gebruikt in plaats van I 2 O 5, de totale energie vrijgemaakt uit de reactie kan toenemen als gevolg van de exotherme ontleding van I 4 O 9 bij temperaturen beneden de Al ontsteking en reactietemperaturen (bijvoorbeeld &lt;660 ° C ) en onder de dissociatietemperatuur van I 2 O 5 (dat wil zeggen ongeveer 350 ° C). Ook I O 4 9 genereert 8 gew.% Meer ik 2 gas in vergelijking met I 2 O 5 die kunnen worden gebruikt om biologische agentia neutraliseren. Echter, I 4 O 9 een hoger molecuulgewicht in vergelijking met I 2 O 5 en het is onbekend of meer energievrijgegeven per gewicht of per volume bij het gebruik van I 4 O 9 in vergelijking met I 2 O 5. Met I O 4 9 kan een manier om grote hoeveelheden vaste jood en bij ontsteking transport verschaffen, vrij gasvormig jodium. Maar, ik 4 O 9 poeder is meestal instabiel. In feite, Wikjord et al. 6 blijkt dat in zeer korte tijd I O 4 9 ontleed in I 2 O 5 zelfs met een beperkte blootstelling aan de atmosfeer. Deze instabiliteit beperkt de bruikbaarheid van I O 4 9 als oxidatiemiddel bij de verbranding toepassingen. Iodic zuren, zoals HIO 3 en HI 3 O 8, ontstaan wanneer I 2 O 5 wordt blootgesteld aan water ofwel uit de relatieve vochtigheid (RV) van de atmosfeer of door onderdompeling in een vloeistof 1,3. Voor verbranding toepassingen, I 2 O 5 wordt meestal de voorkeur boven de gehydrateerde iodic zuren omdat evaporatiop water bij verbranding absorbeert energie en vermindert de totale warmte. Ondanks de endotherme aard van deze phase change, Smith et al. 3 toonde een snelle verdamping van het water tijdens de verbranding van Al met I 2 O 5 bestaat gedeeltelijk uit iodic zuren geproduceerd significant generatie gas dat convectief energietransport toegenomen en geproduceerd hogere vlam snelheden dan Al + ik 2 O 5 alleen. Bijzonder mengsels met hogere concentraties iodic zuren had tot 300% hoger dan vlamsnelheden mengsels met lagere concentraties iodic zuren. 3 De snelheid van absorptie van atmosferische water is afhankelijk RH. Er is een RV drempelwaarde als absorptie begint en afhankelijk van de hydratatietoestand 2. Little et al. Toonde een RV drempel van 70% voor HIO 3 en een RH drempel van 40% voor HI 3 O 8 2. Hieruit wordt aangenomen dat de drempel RHtoeneemt met toenemende hydratie staten. Vanwege de vloeibaar wordende eigenschappen, de meeste studies die gebruikmaken I 2 O 5 als oxidatiemiddel gaat gebruiken I 2 O 5 met significante concentraties van joodzuur 2,5,7,17. Echter, de aanvankelijke concentratie van de monsters gecontroleerd door verhitting van de monsters boven 210 ° C totdat al de gehydrateerde soorten ontwaterd. Dit volgt de hydratatie en dehydratatie mechanisme van I 2 O 5 getoond in Selte et al. 1 in Vergelijking (2). (2a) Hydratatie: 3I 2 O 5 + 3 H 2 O → 2Hi 3 O 8 + 2 H 2 O → 6HIO 3 (2b) Uitdroging: 6HIO 3 → 2Hi 3 O 8 + 2 H 2 O → 3I 2 O 5 + 3 H 2 O De eerste stap in uitdroging gebeurt bij 110 ° C bij HIO 3 dehydrAtes in HI 3 O 8. De tweede stap van uitdroging gebeurt bij 210 ° C bij HI 3 O 8 ontwatert in I 2 O 5. Omdat de beginconcentratie van commercieel verkrijgbaar is I 2 O 5 meestal uit iodic zuren, de absorptie-eigenschappen van puur I 2 O 5 niet grondig onderzocht. Aangenomen wordt dat de rechter grens en absorptiegraad afhankelijk van fysieke eigenschappen (bijv deeltjesgrootte kristalstructuur) samen met de eerste hydratie en een jodium oxide die amorf is kan een lagere RV drempel en verhoogde hydratatie tarieven. Isoleren jood oxiden van atmosferische water nodig om de uitgangstoestand van jodium oxideverbindingen regelen. Een methode voor het isoleren van I 2 O 5 uit de atmosfeer is het blokkeren van wateropname met coatings. Bijvoorbeeld, Little et al. Kon de absorptiesnelheid en het totale hy verminderendrated jodium oxides door sputter coating monsters met Au / Pd 2. Feng et al. 8 gepassiveerd het oppervlak van I 2 O 5 deeltjes met een Fe 2 O 3 coating die waterabsorptie voorkomen op lange duur van de blootstelling aan omgevingsatmosfeer. Een soortgelijke benadering kan worden toegepast om meer stabiliteit I 4 O 9. Een andere manier om de stabiliteit van I O 4 9 verbeteren kunnen nieuwe benaderingen voor de synthese. Als het materiaal kan worden gesynthetiseerd op een wijze die introductie van gehydrateerde soorten voorkomt, dan is het effect dat topochemical waterabsorptie katalyseert kan daardoor geremd stabiliseren oxidatiemiddel. De I 4 O 9 hier onderzocht werd gesynthetiseerd met behulp van een &#39;droge&#39; proces dat gehydrateerde soorten niet in te voeren en maakt analyse van een meer stabiele vorm van I 4 O 9 poeder. Ons doel is om de fundamentele kinetiek Associat analyserened met I O 4 9 ontleding en reactie met Al en de basisenergie propagatie gedrag van de Al + I O 4 9 reactie. Reactiekinetiek worden geanalyseerd met thermisch evenwicht diagnostiek zoals differentiële scanning calorimetrie en thermische gravimetrische analyse (DSC-TGA). Energie voortplanting wordt geanalyseerd met behulp van high speed beeldvorming van de reactie voortplanting door middel van een poedermengsel bij ontsteking in een transparante buis. Ontwikkeling van synthesewerkwijzen voor de productie I O 4 9 en methoden stabiliseren I O 4 9 zijn traag in vergelijking met andere vormen van jodium bevat. Een doel van deze studie is te laten zien dat de energie en gas vrijgemaakt uit reacties waarbij I O 4 9 groter dan reacties die andere jodium oxiden. Zo kan toekomstig onderzoek naar synthese en karakterisering van 4 I O 9 nuttig voor vele toepassingen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Iodine pentoxide (Commercial I2O5)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>229709</td>
			<td>Commercial I2O5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iodic Acid (Commercial HIO3)</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A11925</td>
			<td>Comercial HIO3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetraiodine nonoxide (I4O9)</td>
			<td>Lynntech Inc</td>
			<td></td>
			<td>synthesized using a dry process&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Local distilled water run through micron filter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>80 nm Aluminum</td>
			<td>NovaCentrix</td>
			<td>AL-80-P</td>
			<td>Nano Aluminum</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Differential Scanning Calorimeter with Thermal Gravimetric Analyzer (DSC-TGA)</td>
			<td>Netzsch</td>
			<td>STA-449</td>
			<td>Equilibrium analysis of heat flow and mass loss</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonic Wand</td>
			<td>Misonix</td>
			<td>Sonicator 3000</td>
			<td>Provides ultrasonic waves to aid intermixing of reactant powders</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phantom High Speed Camera</td>
			<td>Vision Research</td>
			<td>Phantom 2512</td>
			<td>High speed camera for visualzing flame front</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mass Balance</td>
			<td>Ohaus</td>
			<td>Ohaus Explorer</td>
			<td>Weigh powders with a 0.1mg resolution up to a 110 g capacity</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

reaction kinetics and combustion dynamics of i4o9 and aluminum mixtures

Tetraiodine nonoxide (I O 4 9) gesynthetiseerd met een droge benadering die elementaire zuurstof en jodium combineert zonder invoering van gehydrateerde species. De synthese benadering remt het effect topochemical bevorderen snelle hydratatie bij blootstelling aan de relatieve vochtigheid van de lucht. Deze stabiele, amorfe, nanodeeltje materiaal werd geanalyseerd met gebruikmaking van differentiële scanning calorimetrie (DSC) en thermische gravimetrische analyse (TGA) en vertoonde een exotherm energieafgifte bij lage temperatuur (dat wil zeggen 180 ° C) voor de transformatie van I 4 O 9 in I 2 O 5. Deze extra exotherme energie vrij bijdraagt tot een verhoging van de totale reactiviteit van 4 I O 9 na droging vermengd met nano-aluminium (Al) poeder, waardoor ten minste 150% meer vlamsnelheid vergelijking met aluminium + I 2 O 5. Deze studie toont aan dat als een oxidator, I 4 O 9 heeft meerreactieve potentieel dan andere vormen van jodium (V) oxide in combinatie met Al, vooral als ik 4 O 9 gepassiveerd kunnen worden om absorptie van water weerhouden zijn omgeving.

Figuur 1a toont de endotherme en exotherme gedrag van de begintoestanden voor alle zes oxidanten onderzocht vanuit DSC analyse en figuur 1b toont het overeenkomstige massaverlies van TGA analyse. Opgemerkt wordt dat alle oxidatiemiddelen bij verwarming boven de dissociatietemperatuur van I 2 O 5 (350 ° C) verliest 100% massa maar I 4 O 9 monster releases I 2 gas in plaats van water bevrijd door dehydratatie van gehydrateerde species bij temperaturen beneden de dissociatietemperatuur van I 2 O 5. De overvloed aan I 2 gas dat vrijkomt uit de I 4 O 9 monsters wordt aangegeven in figuur 1b op meer dan 7 gew.%. Figuur 1a toont dat de enige jodium verbindingen die exotherme gedrag te produceren, is I 4 O 9 en I 2 O 5 gevormd door ontleding van I O 4 9, ende exotherm overeen met een begintemperatuur van ongeveer 180 ° C ontleding in I 2 O 5. Figuur 1b toont ook dat de jodiumverbinding met de grootste totale gasvorming jodium is I 4 O 9. Er zijn geen endothermen voor commercieel en amorfe I 2 O 5 monsters tussen 110 ° C en 210 ° C. Hieruit blijkt dat deze voorbeelden louter I 2 O 5 zonder iodic zuren. De nano I 2 O 5 en 4 I O 9 hebben exothermen met begintemperatuur bij 150 ° C. Dit toont die monsters bevatten 4 I O 9 6. De nano I 2 O 5 thermisch wordt behandeld I 4 O 9. De kleine exotherm bij 150 ° C blijkt dat er enig resterend I O 4 9 in de nano I 2 O 5 monster. TGA met de data uit figuur 1bDe resterende 4 I O 9 in het monster ten hoogste 15 gew.%. De HIO 3 ontwater heeft een endotherm vanaf 130 ° C, geeft dit monster kristallijn HIO 3. De commerciële HIO 3 monster twee verschillende endothermen vanaf 160 ° C en 210 ° C. Een endotherm met een begintemperatuur van 160 ° C ligt buiten het bereik van HIO 3 uitdroging in de CRC handboek 16. Echter, TGA resultaten tonen een massaverlies van 2,47 gew.% Over dit bereik aangeeft is de uitdroging van een gehydrateerd soort. Figuur 2a toont de warmtestroom gedrag van DSC-analyse van vier Al oxide en jodium mengsels. Het Al + I O 4 9 droge mengsel een exotherm bij 180 ° C waarin de oxidator nog 4 I O 9 met een verhoogd begintemperatuur. Het Al + I O 4 9 en Al + nano I2 O 5 monsters zijn vrijwel identiek. Beide mengsels werden verwerkt met isopropanol als dragervloeistof om vermenging en identieke thermisch gedrag blijkt uit figuur 2a aangeeft dat poeders mengen in isopropanol getransformeerde I O 4 9 in I 2 O 5 bevorderen. Figuur 2b toont I O 4 9, 4 I O 9 blootgesteld aan 20% RH gedurende 4 uur en nano I 2 O 5 blootgesteld aan 20% RV gedurende 4 uur. Na 4 uur blootstelling aan 20% RH, I 4 O 9 is identiek aan nano I 2 O 5 en er endothermen bij 110 ° C en 210 ° C met de monsters gedeeltelijk uit HIO 3 en HI 3 O 8. Dit kan worden verklaard door de I O 4 9 &quot;droge&quot; synthesewerkwijze die vervolgens verwarmd en omgezet in I 2 O 5. crystal structuur I 4 O 9 is niet bekend, maar door hydratatie waargenomen (figuur 2b onderste twee bochten met endothermen gearceerd), de lage dichtheid van het poeder (bijv zachte, sterk poreuze aard), en het ontbreken van een gerapporteerde kristallijn structuur, wordt een amorfe structuur aangenomen. Nano I 2 O 5 wordt gevormd door thermische ontleding van amorfe I O 4 9 volgens Vgl. (1) zodanig dat ik 2 vrijkomt uit amorf I 4 O 9 verlaten van amorf I 2 O 5. Kristalstructuur vorming van jodium (V) oxiden wordt gekatalyseerd door water. Aangezien de synthesemethode droog, geen water kristalvorming katalyseren. De eerste stap vereist voor de absorptie van water is om de relatieve vochtigheid op de bindingen tussen moleculen verstoren verhogen. Zonder deze kristalstructuur (dat wil het zwak gebonden water loslaat) het dynamisch evenwicht zo wordt verschoven I 2 O 5 </sub&gt; Zullen alle beschikbare water absorberen. Zodra het water wordt geabsorbeerd door I 2 O 5, de vorming van HIO 3 moleculen beginnen. HIO 3 heeft een waterstof die zuurstof aantrekt in amorfe I 2 O 5 en creëert een HI 3 O 8 kristalstructuur. Water nog de katalysator in formatie kristalstructuur. De synthesemethode van I 2 O 5 en I 4 O 9 met een amorfe structuur in plaats van een kristallijne structuur is de reden wateropname bij lagere RH (dwz, 20%) dan nodig was om absorptie in eerdere studies (start dat wil zeggen, 70-80% RV) 5,17. Samenvattend kan amorfe structuur jodium verbindingen opnamecapaciteit gehydrateerde species en de vorming van zuren iodic bevorderen. In figuur 2a de belangrijkste exothermen ongeveer 500 ° C zijn vergelijkbaar. In de Al + I 4 O 9droog mengsel, de exotherm bij ongeveer 180 ° C geeft faseovergang van 4 I O 9 I 2 O 5. Ook zijn alle mengsels een voorontsteking reactie (PIR) tussen 300-400 ° C, maar Al + I 4 O 9 en Al + nano I 2 O 5 een PIR lagere begintemperatuur en grotere omvang maar tonen unieke endothermen gevolgd door exothermen bij 210 ° C. Deze monsters werden verwerkt in isopropanol en het gedrag bij 210 ° C geeft deze monsters gedeeltelijk HI 3 O 8. De exotherm kunnen reactie tussen HI 3 O 8 en I 4 O 9 omdat HI 3 O 8 wordt dissociatie op bijna dezelfde temperatuur als ik 4 O 9 ontbinding. Deze reacties kunnen helpen bevorderen groter exothermiciteit in de PIR en katalyseren eerder begin van de PIR. Osborne en Pantoya 20 toonde eerste een exotherme reactie voorafgaand aan de belangrijkste exotherme reagerenion in Al verbranding en bedacht dit een PIR. Hun analyse gaf de PIR reactie was tussen de alumina omhulsel rond een aluminium kern deeltje met fluor uit ontbindend fluorpolymeer 19,20. Farley et al. 4 daarna uitgebreide opmerkingen van de PIR aluminium-alumina kern-schil deeltjes reageren met jodium gebaseerde oxidanten. De Al + commerciële I 2 O 5 monster een endotherm bij 210 ° C aangeeft HI 3 O 8 aanwezigheid en een mild PIR exotherm met vertraagde aanvang temperatuur. Mulamba et al. 21 bleek ook dat de PIR begintemperatuur is concentratie-afhankelijk. Tabel 1 toont gemeten vlamsnelheid resultaten voor Al gemengd met de aangegeven oxidatiemiddel als een droog mengsel en ook gemengd met isopropanol de verwerking dragervloeistof. Alleen de eerste drie monsters werden getest na menging in isopropanol en de Al + commercial HIO 3 droge mix ofwel niet ontbranden of niet reactie niet lang genoeg om meetbare resultaten te verkrijgen in stand te houden. Het percentage onzekerheid is bepaald op basis van herhaalbaarheid van maximaal drie afzonderlijke experimenten voor elk mengsel. Bulkdichtheid wordt bepaald als een functie van mengsel poeder massa en volume van de buis. Bij de interpretatie reactiviteit met vlam snelheidsmetingen, zijn er veel factoren die de resultaten beïnvloeden, zoals homogeniteit van het mengsel, deeltjesgrootte en bulkdichtheid. Mengsel homogeniteit kan worden geoptimaliseerd met behulp van een dragervloeistof om vermenging van de reagentia te bevorderen. De I 4 O 9 onderzocht in deze studie is stabieler dan eerder onderzocht I 4 O 9 monsters en leek niet te ontleden in I 2 O 5 of vormen gehydrateerde species waargenomen bij Wikjord et al. 6 (zoals in figuur 1a slechts een exotherm overeenkomt metI 4 O 9 ontleding). De enige manier om de verbrandingsprestaties Al observeren + I O 4 9 is door droog mengen met zo weinig blootstelling aan de atmosfeer mogelijk om de integriteit van I O 4 9 te handhaven. Daarnaast is de vlam snelheidsmetingen van Al met oxiderende stoffen in verschillende staten liet ons toe om de effecten die variatie veroorzaken in vlam snelheid te verfijnen en verschillen in het bijzonder toe te schrijven aan bepaalde jodiumsamenstellingen onthullen. Deze vergelijkingen worden hieronder behandeld. Over het algemeen Tabel 1 laat zien dat ik 4 O 9 aanzienlijk verbetert de reactiviteit in vergelijking met andere jodiumsamenstellingen. Mengen in een dragervloeistof verbeterde verdeling van brandstof en oxidatiemiddel deeltjes die homogeen mengsel en reactiviteit toeneemt. Dit is te zien in het verschil in vlamsnelheden in tabel 1 voor de droge enisopropanol gemengde Al + nano I 2 O 5 en Al + commerciële I 2 O 5 monsters waar de vlam snelheden verhoogd met 1,07 en 3,34 maal, respectievelijk. Mengsel homogeniteit impliciet uit de gemeten vlam snelheid is slechts licht verbeterd voor de Al + nano I 2 O 5 mengsel, terwijl de Al + micron grootschalige commerciële I 2 O 5 vertoont een drie keer te verhogen in vlam snelheid als de dragervloeistof aids vermenging. Het is duidelijk dat de deeltjesgrootte en dragervloeistof bijdragen aan gemeten vlam snelheid. De homogeniteit effecten kunnen ook worden gezien door de onzekerheid tussen vlamsnelheden. De monsters die gemengd in isopropanol en de monsters met kleinere deeltjes minder onzekerheid gemeten vlamsnelheden. Deze kleine onzekerheid wordt ook in alle amorfe monsters, wat suggereert dat een amorfe structuur vergemakkelijkt verbeterde homogeniteit in droog mengen. Verder wordt opgemerkt dat elk monster werd gezeefd voordat droog mengen te brekenagglomeraten en helpen elimineren onzekerheid als gevolg van slechte homogeniteit. De HIO 3 moleculen een waterstofatoom eindkap, die elektropositief en een zuurstof eindkap, die elektronegatief en veroorzaakt een aantrekkingskracht tussen de uiteinden van individuele HIO 3 moleculen 22. Vanwege deze attractie tijdens het zeven van de deeltjes direct HIO 3 geagglomereerd voor de Al kan worden gemengd. Dit veroorzaakte zeer slechte homogeniteit en is de reden Al + commerciële HIO 3 monsters kon de reactie niet ondersteunen. De Al + HIO 3 uitdrogen monster had water beschikbaar is voor de vorming van kristalstructuur (figuur 1a), die verminderde katalyseren, maar niet dit effect te elimineren. Propagatie energie is afhankelijk van de dichtheid van het reactiemengsel. De dichtheid verandert op basis van de concentratie van de reactanten,zodat het stortgewicht van het mengsel wordt gewoonlijk weergegeven als het percentage van de theoretische maximale dichtheid (TMD). De% TMD wordt berekend met een gewogen gemiddelde van de concentratie en de dichtheden van de reactanten en rekeningen van de dichtheid van het werkelijke monster volgens zijn massa en volume ingenomen. Zo stortdichtheid in termen van% TMD vertegenwoordigt de hoeveelheid vaste ruimte ingenomen door het volume (dat wil zeggen, 60% TMD komt overeen met 40% luchtholtes en 60% vaste stof). Low% TMD meestal resulteren in hogere vlam snelheden dan hoge% TMD poeders. De hogere concentratie van luchtbellen met lagere% TMD bieden convectie trajecten voor vlam snelheden te verbeteren. Daarom vlamsnelheden de in tabel 1 zijn niet vergelijkbaar in functie van mengsel, omdat elk bereid op een ander discreet stortdichtheid. Kunnen twee conclusies worden getrokken uit Tabel 1: (1) I 4 O 9kan niet worden verwerkt isopropanol omdat het verandert in I 2 O 5 en dus verandert de reactiviteit; en (2) I 4 O 9 is meer reactief dan ik 2 O 5, omdat bij hogere en lagere bulk dichtheden (dat wil zeggen, 11% TMD in vergelijking met 8 of 17% TMD), I 4 O 9 demonstreert verhoogde reactiviteit. Deze bevinding suggereert dat I O 4 9 zou voordelig reactief toepassingen als het kan worden gepassiveerd stabiliteit te bereiken. Door reactiviteit en thermische analyse resultaten tonen I O 4 9 kan reactiever dan andere vormen van jodium (V) oxiden combinatie met aluminium (Al) poeder. De I O 4 9 druppel bloed gebruikt werd gesynthetiseerd door een &#39;droge&#39; methode die elementaire zuurstof en jodium zodat gehydrateerde soorten op geen enkel punt tijdens de synthese worden geïntroduceerd combineert. Daarom I O 4 <sub&gt; 9 monster aanvankelijk zonder iodic zuren en produceert een grote exotherm bij een lage temperatuur (bijvoorbeeld, 180 ° C) gevonden volgens de onderverdeling in I 2 O 5. Nanoschaal I 2 O 5 deeltjes die ontstaan door thermische ontleding van 4 I O 9 waarschijnlijk amorf en produceren vlamsnelheden dan 1000 m / sec in combinatie met Al poeder (Tabel 1). De Al + I 4 O 9 reactie produceert vlam snelheden van meer dan 1500 m / sec. Dit is de eerste studie die het potentieel van I O 4 9 staand als alternatief I 2 O 5 voor energieopwekking technologieën, vooral ingegeven door hoge generatie jodium gas. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/54661/54661fig1.jpg" /> Figuur 1. DSC analyse van Heat Flow / TGA analyse van massaverlies. A) Hijop vloeigedrag van DSC analyse van zes oxidatiemiddelen en leert verschillende toestanden van jodium (V) oxiden gebruikt in het gebied van joodzuur dehydratie. b) massaverlies van overeenkomstige TG analyse. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/54661/54661fig2.jpg" /> Figuur 2. DSC Analyse van de Heat flow. A) Warmte stromingsgedrag van DSC-analyse voor Al + I 4 O 9 droge mix en Al + I 4 O 9, Al + nano I 2 O 5 en Al + commerciële I 2 O 5 gemengde in isopropanol. Temperatuurtraject omvat joodzuur dehydratatie en hoofdreactie temperatuurbereik. B) 4 I O 9 aanvankelijk en I O 4 9 blootgesteld aan 20% RV gedurende 4 uur. Ook de I 2 O 5 werd blootgesteld aan 20% RV gedurende 4 uur. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page = &quot;always&quot;&gt; <tbody><tr><td> oxidizer </td><td> Isopropanol Mixed Flame Snelheid (m / sec) </td><td> % Onzekerheid </td><td> Dry Mix Flame Speed </td><td> % Onzekerheid </td><td> Bulk Density Dry Mix (g / cm3) </td><td> Dry Mix% TMD </td></tr><tr><td> I 4 O 9 </td><td> 1261 * </td><td> 0.4 </td><td> 1551 </td><td> 3 </td><td> 0.48 </td><td> 11.7 </td></tr><tr><td> Nano I 2 O 5 </td><td> 1146 </td><td> 4.5 </td><td> 1070 </td><td> 3.7 </td><td> 0.33 </td><td> 8 </td></tr><tr><td> Advertentie Ik 2 O 5 </td><td> 719 </td><td> 5.5 </td><td> 215 </td><td> 46.5 </td><td> 0.93 </td><td> 22.6 </td></tr><tr><td> Amorfe I 2 O 5 </td><td> NM </td><td> NM </td><td> 1085 </td><td> 0.3 </td><td> 0.73 </td><td> 17.8 </td></tr><tr><td> HIO 3 Dehydrateer </td><td> NM </td><td> NM </td><td> 393 </td><td> 12 </td><td> 0.8 </td><td> 19.3 </td></tr><tr><td> Commerciële HIO 3 </td><td> NM </td><td> NM </td><td> NM </td><td> NM </td><td> 1.11 </td><td> 27.1 </td></tr></tbody></table> Tabel 1. Flame Speed resultaten. Flame snelheid resultaten voor Al + oxidator aangegeven in de eerste kolom. NM geeft niet meetbaar. * Geeft I 4 O 9 werd in I 2 O 5 afgebroken tijdens het mengen.

Watch this Scientific Journal Video about Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures at JoVE.com

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

Een protocol voor het meten vlamsnelheden van een reactief mengsel van tetraiodine nonoxide (I O 4 9) en aluminium (Al) wordt gepresenteerd. Werkwijze voor het oplossen van reactiekinetiek met behulp van differentiële scanning calorimetrie (DSC) wordt ook getoond. Gevonden werd dat 4 I O 9 is 150% reactiever dan andere jood (V) oxiden.

Reaction Kinetics en verbranding Dynamica van I<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; En aluminium mengsels

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated ...

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Analytical Chemistry

Engineering

Unit 1

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

Chemical Equilibria

SCIENTISTS IN ACTION

Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity

Casting Protocollen voor de productie van Open Cell Aluminium schuimen door de Replicatie Techniek en het effect op de porositeit

Metal foams are interesting materials from both a fundamental understanding and practical applications point of view. Uses have been proposed, and in many ...

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

Detectie en herstel van Palladium, Goud en Cobalt metalen uit de Urban Mine via innovatieve sensoren / Adsorbentia Aangewezen met nanoschaal Wagon-wheel-vormige poriën

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Emissie spectroscopische Boundary Layer Investigation tijdens Ablatief materiaaltestreactoren in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Adsorption Device Based on a Langatate Crystal Microbalance for High Temperature High Pressure Gas Adsorption in Zeolite H-ZSM-5

Adsorption Device basis van een Langatate kristal microbalans voor hoge temperatuur hoge druk gas adsorptie in zeoliet H-ZSM-5

We present a high-temperature and high-pressure gas adsorption measurement device based on a high-frequency oscillating microbalance (5 MHz langatate ...

Combustion Characterization and Model Fuel Development for Micro-tubular Flame-assisted Fuel Cells

Verbranding Karakterisatie en Model Fuel Development voor Micro-buis-Flame bijgestaan ​​Fuel Cells

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power ...

Experimental Procedure for Warm Spinning of Cast Aluminum Components

Experimentele procedure voor Warm Spinning van gegoten aluminium onderdelen

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to ...

Two-way Valorization of Blast Furnace Slag: Synthesis of Precipitated Calcium Carbonate and Zeolitic Heavy Metal Adsorbent

Twee-weg Valorisatie van hoogovenslakken: Synthese van neergeslagen calciumcarbonaat en Zeolitische Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with ...

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

Metingen van de bodemkoolstof door Neutron-Gamma analyse in statische en modi scannen

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

Simultaneous Multi-surface Anodizations and Stair-like Reverse Biases Detachment of Anodic Aluminum Oxides in Sulfuric and Oxalic Acid Electrolyte

Gelijktijdige meerdere oppervlakte Anodizations en trap-achtige omgekeerde vertekeningen detachement van Anodic aluminium stikstofoxiden in zwavelzuur en oxaalzuur elektrolyt

After reporting on the two-step anodization, nanoporous anodic aluminum oxides (AAOs) have been widely utilized in the versatile fields of fundamental ...

Enhanced Electron Injection and Exciton Confinement for Pure Blue Quantum-Dot Light-Emitting Diodes by Introducing Partially Oxidized Aluminum Cathode

Verbeterde Electron injectie en Exciton opsluiting voor zuivere blauwe Quantum-Dot-lichtdioden door de invoering van gedeeltelijk geoxideerd aluminium Cathode

Stable and efficient red (R), green (G), and blue (B) light sources based on solution-processed quantum dots (QDs) play important roles in next-generation ...