Name: nanothermite with meringue-like morphology: from loose powder to ultra-porous objects
Uploaded: 2017-12-24T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Nanothermite with Meringue-like Morphology: From Loose Powder to Ultra-porous Objects at JoVE.com

De auteurs bedank de fotografen van ISL, Yves Suma en Yannick Boehrer, voor de foto's van monsters en voor de waarneming door de snelle video van de synthese en de verbranding van nanothermite schuimen. Ze zou ook graag hun dankbaarheid uiten aan hun collega Dr. Vincent Pichot uit NS3E laboratorium voor de karakterisatie van de materialen door röntgendiffractie.

Let op: Alle reacties die wordt beschreven in dit artikel in een explosie-bewezen zaal met een gepantserde venster waarmee zowel visuele inspectie en observatie van de schuimvorming/verbrandingsprocessen hoge snelheid video uitvoeren Zorg met betrekking tot de experimentele risico dat voortvloeit uit de potentiële ontstekingsbronnen van aluminothermic composities en de explosie van de waterstof in de lucht. Om deze reden altijd werken in een explosie-bewezen kamer uitgerust met een passende afzuigventilatiesysteem. Verg...

<ol>
	<li>Comet, M., Martin, C., Schnell, F., Spitzer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanothermite+foams:+From+nanopowder+to+object.">Nanothermite foams: From nanopowder to object.</a> Chem. Eng. J. 316, 807-812 (2017).</li><li>Lafontaine, E., Comet, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Nanothermites. , (2016).</li><li>Comet, M., 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=Preparation+of+Cr2O3+nanoparticles+for+superthermites+by+the+detonation+of+an+explosive+nanocomposite+material.">Preparation of Cr2O3 nanoparticles for superthermites by the detonation of an explosive nanocomposite material.</a> J. Nanopart. Res. 13 (5), 1961-1969 (2011).</li><li>Gibot, P., 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=Highly+Insensitive/Reactive+Thermite+Prepared+from+Cr2O3+Nanoparticles.">Highly Insensitive/Reactive Thermite Prepared from Cr2O3 Nanoparticles.</a> Propell. Explos. Pyrot. 36 (1), 80-87 (2011).</li><li>Tillotson, T. M., Gash, A. E., Simpson, R. L., Hrubesh, L. W., Satcher, J. H., Poco, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+energetic+materials+using+sol-gel+methodologies.">Nanostructured energetic materials using sol-gel methodologies.</a> J. Non-Cryst. Solids. 285 (1-3), 338-345 (2001).</li><li>Yang, Y., 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=Hierarchical+MnO2/SnO2+Heterostructures+for+a+Novel+Free-Standing+Ternary+Thermite+Membrane.">Hierarchical MnO2/SnO2 Heterostructures for a Novel Free-Standing Ternary Thermite Membrane.</a> Inorg. Chem. 52 (16), 9449-9455 (2013).</li><li>Prentice, D., Pantoya, M. L., Gash, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combustion+Wave+Speeds+of+Sol-Gel-Synthesized+Tungsten+Trioxide+and+Nano-Aluminum:+The+Effect+of+Impurities+on+Flame+Propagation.">Combustion Wave Speeds of Sol-Gel-Synthesized Tungsten Trioxide and Nano-Aluminum: The Effect of Impurities on Flame Propagation.</a> Energ. Fuel. 20 (6), 2370-2376 (2006).</li><li>Bockmon, B. S., Pantoya, M. L., Son, S. F., Asay, B. W., Mang, J. T. <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+metastable+interstitial+composites.">Combustion velocities and propagation mechanisms of metastable interstitial composites.</a> Appl. Phys. Lett. 98, 064903 (2005).</li><li>Apperson, S., 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=Generation+of+fast+propagating+combustion+and+shock+waves+with+copper+oxide/aluminum+nanothermite+composites.">Generation of fast propagating combustion and shock waves with copper oxide/aluminum nanothermite composites.</a> Appl. Phys. Lett. 91, 243109 (2007).</li><li>Wang, L., Luss, D., Martirosyan, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+behavior+of+nanothermite+reaction+based+on+Bi2O3/Al.">The behavior of nanothermite reaction based on Bi2O3/Al.</a> J. Appl. Phys. 110, 074311 (2011).</li><li>Martirosyan, K. S., Wang, L., Vicent, A., Luss, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+performances+of+bismuth+trioxide+nanoparticles+for+high+energy+gas+generator+use.">Synthesis and performances of bismuth trioxide nanoparticles for high energy gas generator use.</a> Nanotechnology. 20 (8), 405609 (2009).</li><li>Armstrong, R. W., Baschung, B., Booth, D. W., Samirant, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+Propellant+Combustion+with+Nanoparticles.">Enhanced Propellant Combustion with Nanoparticles.</a> Nano Lett. 3 (2), 253-255 (2003).</li><li>Wu, C., Sullivan, K., Chowdhury, S., Jian, G., Zhou, L., 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=Encapsulation+of+Perchlorate+Salts+within+Metal+Oxides+for+Application+as+Nanoenergetic+Oxidizers.">Encapsulation of Perchlorate Salts within Metal Oxides for Application as Nanoenergetic Oxidizers.</a> Adv. Funct. Mater. 22 (1), 78-85 (2012).</li><li>Sullivan, K. T., Piekiel, N. W., Chowdhury, S., Wu, C., Zachariah, M. R., Johnson, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ignition+and+Combustion+Characteristics+of+Nanoscale+Al/AgIO3:+A+Potential+Energetic+Biocidal+System.">Ignition and Combustion Characteristics of Nanoscale Al/AgIO3: A Potential Energetic Biocidal System.</a> Combust. Sci. Technol. 183 (3), 285-302 (2010).</li><li>Wang, H., Jian, G., Zhou, W., Delisio, J. B., Lee, V. T., 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=Metal+iodate-based+energetic+composites+and+their+combustion+and+biocidal+performances.">Metal iodate-based energetic composites and their combustion and biocidal performances.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 7 (31), 17363-17370 (2015).</li><li>Jian, G., Feng, J., Jacob, R. J., Egan, G. C., 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=Super-reactive+Nanoenergetic+Gas+Generators+Based+on+Periodate+Salts.">Super-reactive Nanoenergetic Gas Generators Based on Periodate Salts.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 52 (37), 9743-9746 (2013).</li><li>Comet, M., Vidick, G., Schnell, F., Suma, Y., Baps, B., Spitzer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sulfates-Based+Nanothermites:+An+Expanding+Horizon+for+Metastable+Interstitial+Composites.">Sulfates-Based Nanothermites: An Expanding Horizon for Metastable Interstitial Composites.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 54 (15), 4458-4462 (2015).</li><li>Zhou, W., Delisio, J. B., Li, X., Liu, L., 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=Persulfate+salt+as+an+oxidizer+for+biocidal+energetic+nano-thermites.">Persulfate salt as an oxidizer for biocidal energetic nano-thermites.</a> J. Mater. Chem. A. 3 (22), 11838-11846 (2015).</li><li>Sun, J., Pantoya, M. L., Simon, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dependence+of+size+and+size+distribution+on+reactivity+of+aluminum+nanoparticles+in+reactions+with+oxygen+and+MoO3.">Dependence of size and size distribution on reactivity of aluminum nanoparticles in reactions with oxygen and MoO3.</a> Thermochim. Acta. 444 (2), 117-127 (2006).</li><li>Levitas, V. I., Asay, B. W., Son, S. F., 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=Melt+dispersion+mechanism+for+fast+reaction+of+nanothermites.">Melt dispersion mechanism for fast reaction of nanothermites.</a> Appl. Phys. Lett. 89, 071909 (2006).</li><li>Park, E. -. J., Kim, H., Kim, Y., Choi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repeated-dose+toxicity+attributed+to+aluminum+nanoparticles+following+28-day+oral+administration,+particularly+on+gene+expression+in+mouse+brain.">Repeated-dose toxicity attributed to aluminum nanoparticles following 28-day oral administration, particularly on gene expression in mouse brain.</a> Toxicol. Environ. Chem. 93 (1), 120-133 (2011).</li><li>Walter, K. C., Aumann, C. E., Carpenter, R. D., O'Neill, E. H., Pesiri, 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=Energetic+materials+development+at+technanogy+materials+development.">Energetic materials development at technanogy materials development.</a> Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 800, 27-37 (2004).</li><li>Khasainov, B., Comet, M., Veyssi&#232;re, B., Spiter, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+performance+of+fast–reacting+nanothermites+and+primary+explosives.">Comparison of performance of fast–reacting nanothermites and primary explosives.</a> Propell. Explos. Pyrot. , (2017).</li><li>Siegert, B., Comet, M., Spitzer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Safer+energetic+materials+by+a+nanotechnological+approach.">Safer energetic materials by a nanotechnological approach.</a> Nanoscale. 3, 3534-3544 (2011).</li><li>Sullivan, K. T., Kuntz, J. D., Gash, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophoretic+deposition+and+mechanistic+studies+of+nano-Al/CuO+thermites.">Electrophoretic deposition and mechanistic studies of nano-Al/CuO thermites.</a> J. Appl. Phys. 112, 024316 (2012).</li><li>Blobaum, K. J., Reiss, M. E., Plitzko, J. M., Weihs, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deposition+and+characterization+of+a+self-propagating+CuOx/Al+thermite+reaction+in+a+multilayer+foil+geometry.">Deposition and characterization of a self-propagating CuOx/Al thermite reaction in a multilayer foil geometry.</a> J. Appl. Phys. 94 (5), 2915-2922 (2003).</li><li>Gash, A. E., Tillotson, T. M., Satcher, J. H., Poco, J. F., Hrubesh, L. W., Simpson, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+epoxides+in+the+sol-gel+synthesis+of+porous+iron+(III)+oxide+monoliths+from+Fe(III)+salts.">Use of epoxides in the sol-gel synthesis of porous iron (III) oxide monoliths from Fe(III) salts.</a> Chem. Mater. 13 (3), 999-1007 (2001).</li><li>Yan, S., Jian, G., 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=Electrospun+nanofiber-based+thermite+textiles+and+their+reactive+properties.">Electrospun nanofiber-based thermite textiles and their reactive properties.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 4, 6432-6435 (2012).</li><li>Puszynski, J. A., Groven, L. J., Altavilla, C., Ciliberto, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+nanosized+aluminum+and+its+applications+in+condensed+phase+reactions.">Formation of nanosized aluminum and its applications in condensed phase reactions.</a> Inorganic nanoparticles. Synthesis, applications and perspectives. , (2011).</li><li>Shimizu, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concept+and+the+use+of+negative+explosives.">Concept and the use of negative explosives.</a> Proceedings of the 11th International Pyrotechnics Seminar, Vail, Colorado, July 7-11. , (1986).</li><li>Molkov, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of Hydrogen Safety Engineering. 1, (2012).</li><li>Comet, M., Martin, C., Klaum&#252;nzer, M., Schnell, F., Spitzer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energetic+nanocomposites+for+detonation+initiation+in+high+explosives+without+primary+explosives.">Energetic nanocomposites for detonation initiation in high explosives without primary explosives.</a> Appl. Phys. Lett. 107, 243108 (2015).</li></ol>

Het mengen nanopowders met zuur en de sluiting van de kamer van de explosie moeten snel, om veiligheidsredenen worden uitgevoerd. De vertraging van de reactie kan variëren tot op zekere hoogte (1-10 min), afhankelijk van de experimentele omstandigheden. Het verkort wanneer de kamertemperatuur te hoog is of in de aanwezigheid van externe verwarming bronnen zoals een middelpunt van de belangstelling, die vroege activering van de schuimende reactie kunnen veroorzaken. Omgekeerd, het wordt verhoogd wanneer de kamertemperatu...

Dit artikel rapporteert over een methode voor het omzetten van de nano-sized aluminothermic mengsels (Al/WO3) van een losse poeder staat te schuimen1. Nanothermites zijn snel branden energieke composities, die het vaakst worden voorbereid door het fysieke mengen van een metalen oxide/zout met een reducerend metaal, in de vorm van nanopowders2. De meest representatieve stikstofoxiden gebruikt voor het bereiden van nanothermites zijn Cr2O33,4, WO37, MoO38, Fe2O35, MnO26 , CuO9 en Bi2O310,11, terwijl de metaalzouten gebruikt zijn perchloraten12,13, jodaten14,15, perjodaten16,17 of persulfates18sulfaten. Aluminium nanopowder is de beste keuze als brandstof voor nanothermites vanwege hun groot aantal wenselijke eigenschappen, zoals een hoge oxidatie warmte (10-25 kJ/g)19, snelle reactie kinetica20, lage toxiciteit21, en een eerlijke mate van stabiliteit zodra er nauwkeurig gepassiveerd22.
In Al-gebaseerde nanothermites, de voorkant van de vlam verspreidt zich op hoge snelheden (0.1 - 2.5 km/s), maar dit mag echter niet, worden beschouwd als detonatie23. Het reactiemechanisme is eigenlijk aangedreven door de convectie van hete gassen in de poreusheid van spoorverontreiniging materiaal. Met andere woorden, is de poreusheid essentieel voor het snel verbranden van nanothermites. Losse nanothermite poeder is echter niet stabiel vanuit fysiek oogpunt. Ze zijn gecomprimeerd door schokken of trillingen, en hun dichtste component (over het algemeen de oxide) geleidelijk scheidt van de samenstelling van de invloed van de zwaartekracht. De stabilisering van de nanothermite porositeit is een cruciale uitdaging voor hun integratie in toekomstige pyrotechnische systemen.
Het belangrijkste voordeel van het voorbereidingsproces hierin beschreven is dat zeer poreus, solide, nanothermite monolieten, die kunnen worden gevormd door de pasta waaruit zij vormen molding. Daarnaast zijn nanothermite schuimen vrij ongevoelig voor schokken, wrijving en elektrostatische ontlading ten opzichte van de losse poeders nanothermite. Deze ongevoeligheid maakt ze bijzonder veilige greep en machine, bijvoorbeeld door zagen of boren.
Als losse nanothermite poeders zijn ingedrukt of verwerkt, hun porositeit vermindert en objecten worden gevormd. De samenhang van deze materialen is afkomstig van de oppervlaktekrachten, die verantwoordelijk voor de samenvoeging van nanodeeltjes zijn. De mechanische sterkte nanothermite pellets kan worden verbeterd in de aanwezigheid van koolstof nano-vezels, die als een kader fungeren voor het versterken van deze objecten24. Helaas, te drukken sterk vermindert de reactiviteit van nanothermites. Volgens Prentice et al.induceert het persen van nano-Al/nano-WO3 composities een ineenstorting van hun reactie snelheid door twee ordes van grootte7. Kortom, in tegenstelling tot de meeste explosieven, kan niet nanothermites worden gevormd door op te drukken.
Tot op heden zijn zeer weinig methoden voor het structureren van nanothermites gemeld in de wetenschappelijke literatuur omgang met nanothermites. Nanothermites kan worden gedeponeerd op substraten, hetzij uit de poeders van hun onderdelen verspreid in een opgietvloeistof door elektroforese25, of door het sputteren van hun componenten in opeenvolgende lagen26. Beide benaderingen leiden tot dichte deposito's, die minder reactief dan losse poeders en de neiging om delamineren van het substraat waarop ze bereid zijn.
De voorbereiding van de "drie-dimensionale" objecten samengesteld uit nanothermite werd voorgesteld door Tillotson et al. 5, die de synthese van de sol-gel ontwikkeld door Gash et al. , die uit gelerend oplossingen van metaalzouten door epoxiden27 bestaatgebruikt. Nanothermite monolieten worden voorbereid door het verspreiden van Al nanopowder in de sol, vóór gelerend. De gels worden vervolgens gedroogd in een kamer warmte te produceren van xerogels of door een complex proces waarbij superkritische CO2 te verkrijgen aerogels worden gebruikt. Nanothermite aerogels niet alleen hebben sterke reactiviteit, maar ook vanwege hun uitstekende mechanische eigenschappen kunnen worden gefreesd. Bovendien, kan het proces van de sol-gel men voor het synthetiseren van micro- en mesoporous materiaal met een ongeëvenaarde mate van homogeniteit tussen de brandstof (Al) en de oxide in de mix. Ondanks deze interessante functies, het gebruik van de sol-gel-proces wordt beperkt door: (i) de complexiteit van de batch-synthese, die hangt af van talrijke parameters; (ii) de onvermijdelijke aanwezigheid van synthese bijproducten (verontreinigingen) in het definitieve materiaal, en (iii) de zeer lange tijd die nodig is door de verschillende stappen van het proces.
Brandbare matten van nanothermite werden voorbereid door de electrospinning van nitrocellulose (bindmiddel) van oplossingen met Al en CuO nanodeeltjes28in rekening gebracht. Deze nanothermite vilt zijn samengesteld uit vezels met een diameter van sub micrometer schaal, die a priori niet-poreus zijn. In deze materialen, wordt de porositeit gedefinieerd door de verstrikking van vezels. De monsters van nanothermite mats branden langzaam (0.06 - 1,06 m/s) ten opzichte van pure nano-sized Al/CuO mengsels in een losse poeder staat, waarin de voorkant van de vlam verspreidt zich met een snelheid van enkele honderden m/s29. Tot slot, het gebruik van nitrocellulose als een bindmiddel voor nanothermites is niet ideaal, omdat het aanzienlijk hun thermische gevoeligheid verhoogt en hun chemische stabiliteit op lange termijn verandert.
Membranen van nanothermites werden voorbereid door Yang et al. van complexe hiërarchische MnO2/SnO2 Heterostructuren gemengd met Al nanodeeltjes6. In deze materialen heeft de oxide fase een zeer specifieke morfologie, waarin MnO2 nano-draden SnO2 takken vallen. Vanwege de zeer bijzondere structuur, de oxide niet alleen overlapt Al nanodeeltjes, maar zorgt er ook voor de mechanische weerstand van het membraan.Het voorbereidingsproces van MnO2/SnO2/Al membranen is zeer eenvoudig; het bestaat voor het filteren van de nanothermite opgenomen in de vloeistof waarin het is opgesteld, met behulp van de filtratie-taart als membraan.
Om samen te vatten, de enige nanothermite zijn objecten vermeld in de wetenschappelijke literatuur deposito's op substraten, aerogels of matten. Het idee van de voorbereiding van de nanothermites in de vorm van solide schuimen opent nieuwe perspectieven voor de integratie van deze energieke materialen in functionele pyrotechniek systemen. Het schuimende proces gemeld in dit artikel is eenvoudig te voeren en vrijwel kan worden toegepast op elke nanothermite bereid uit aluminium nanopowder. De schuimende agent fosforzuur (H3PO4), is een gemeenschappelijk, goedkoop en niet-giftige chemische stof die met nano-Al reageert te geven het cement (AlPO4) en de gassen (H2, H2O damp) waarmee de poreusheid van de materiële1. Aluminium-fosfaat is bijzonder stabiel bij hoge temperaturen, in tegenstelling tot de organische bindmiddelen zoals energetische polymeren (nitrocellulose). Echter AlPO4 gedraagt als een oxidator naar nano-Al op hoge temperatuur, volgens het concept van "negatieve explosieven" voorgesteld door Shimizu30.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Aluminum nanopowder</td>
			<td>Intrinsiq Materials</td>
			<td>-</td>
			<td>nanopowder, &#8776; 100 nm particle size Al QNA891</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten(VI) oxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>550086-25G</td>
			<td>nanopowder, &#60;100 nm particle size (TEM) Lot# MKBR9903V</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Orthophosphoric Acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>-</td>
			<td>85% solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>polyethylene Pasteur pipette 3 mL</td>
			<td>Th. Geyer</td>
			<td>7691062</td>
			<td>LABSOLUTE Pasteur pipettes made of polyethylene (PE) graduation 0,50 ml, Length 145 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>polyethylene Pasteur pipette 1 mL</td>
			<td>Th. Geyer</td>
			<td>7691063</td>
			<td>LABSOLUTE Pasteur pipettes made of polyethylene (PE) graduation 0,25 ml, Length 150 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Test tube shaker Reax Control</td>
			<td>Heidolph</td>
			<td>541-11000-00</td>
			<td>Vortex mixer with strong 5 mm vibration orbit yields</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

nanothermite with meringue-like morphology: from loose powder to ultra-porous objects

Het doel van het protocol beschreven in dit artikel is te bereiden aluminothermic composities (nanothermites) in de vorm van poreuze, monolithische objecten. Nanothermites zijn brandbare materialen samengesteld uit anorganische brandstof en een oxidant. In nanothermite schuimen is aluminium de brandstof en aluminium fosfaat en wolfraam zwaveltrioxide zijn de oxiderende wordt. De hoogste vlam propagatie snelheden (FPVs) in nanothermites worden waargenomen in losse poeders en FPVs zijn sterk daalden met pellet nanothermite poeders. Vanuit fysiek oogpunt zijn nanothermite losse poeders metastabiele systemen. Hun eigenschappen kunnen worden gewijzigd door onbedoelde verdichting geïnduceerd door schokken of trillingen, of door de segregatie van deeltjes na verloop van tijd door het regelen van de verschijnselen, die afkomstig van de dichtheid verschillen van hun onderdelen is. Verplaatsen van een poeder naar een object is de uitdaging die moet worden overwonnen om het integreren van nanothermites in pyrotechnische systemen. Nanothermite objecten moet zowel een hoge open porositeit en goede mechanische sterkte. Nanothermite schuimen voldoen aan beide criteria voldoet, en ze worden voorbereid door het verspreiden van een mengsel van de nano-sized aluminothermic (Al/WO3) in orthofosforzuur. De reactie van aluminium met de zure oplossing geeft de AlPO4 "cement" in welke Al en WO3 nanodeeltjes zijn ingesloten. Aluminium-fosfaat speelt nanothermite schuimen, de dubbele rol van binder en oxidator. Deze methode kan worden gebruikt met wolfraam zwaveltrioxide, die niet door het voorbereidingsproces wordt gewijzigd. Het kan waarschijnlijk worden uitgebreid tot bepaalde stikstofoxiden, die vaak worden gebruikt voor de voorbereiding van hoogwaardige nanothermites. De WO3-gebaseerde nanothermite schuimen beschreven in dit artikel zijn met name ongevoelig tegen schokken en wrijving, waardoor ze veel veiliger te behandelen dan losse Al/WO3 poeder. De snelle verbranding van deze materialen heeft interessante toepassingen in Pyrotechnische ontstekers. Hun gebruik in ontstekers als inleidingen zou de opneming van de secundaire springstof in hun samenstelling vereist.

De aluminophosphate matrix bevat gekristalliseerde aluminium (Al) en aluminium-fosfaat (AlPO4). De aanwezigheid van deze fasen werd bevestigd door röntgendiffractie (Figuur 1). Bovendien hebben gravimetrische experimenten aangetoond dat dit materiaal ook bevat een niet-kristallijne gedeelte, dat amorf aluminiumoxide is. In deze materialen, aluminium fosfaat gedraagt zich als bindmiddel en als oxidator. De oxyderende eigenschappen van AlPO4</s...

Watch this Scientific Journal Video about Nanothermite with Meringue-like Morphology: From Loose Powder to Ultra-porous Objects at JoVE.com

Nanothermite with Meringue-like Morphology: From Loose Powder to Ultra-porous Objects

Dit manuscript beschrijft de synthese van brandbare aluminophosphate matrices door de reactie van fosforzuur (H3PO4) met aluminium nanopowder. Bij deze reactie wordt uitgevoerd met overtollige aluminium in aanwezigheid van wolfraam zwaveltrioxide nanopowder, leidt het tot een solide, poreuze nanothermite schuim.

Nanothermite met Meringue-achtige morfologie: van losse poeder aan ultra poreuze objecten

The goal of the protocol described in this article is to prepare aluminothermic compositions (nanothermites) in the form of porous, monolithic objects. ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Free Radicals in Chemical Biology: from Chemical Behavior to Biomarker Development

Free Radicals in Chemical Biology: van chemische gedrag tot Biomarker Development

The involvement of free radicals in life sciences has constantly increased with time and has been connected to several physiological and pathological ...

Nucleoside Triphosphates - From Synthesis to Biochemical Characterization

Nucleosidetrifosfaten - Van Synthese tot biochemische karakterisering

The  traditional strategy for the introduction of chemical functionalities is the  use of solid-phase synthesis by appending suitably modified ...

From Constructs to Crystals &#8211; Towards Structure Determination of &#946;-barrel Outer Membrane Proteins

From Constructs to Crystals ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã¢â‚¬Å“ Towards Structure Determination of ÃƒÅ½Ã‚Â²-barrel Outer Membrane Proteins

Van Constructen naar Crystals - Naar Structuur Bepaling van β-barrel Outer Membrane Proteins

Membrane proteins serve important functions in cells such as nutrient transport, motility, signaling, survival and virulence, yet constitute only ~1% ...

X-ray Powder Diffraction in Conservation Science: Towards Routine Crystal Structure Determination of Corrosion Products on Heritage Art Objects

X-ray poederdiffractie in Conservation Science: Towards Routine kristalstructuurbepaling van Corrosie Producten over Heritage Kunstobjecten

The crystal structure determination and refinement process of corrosion products on historic art objects using laboratory high-resolution X-ray powder ...

Extraction and Purification of Polyphenols from Freeze-dried Berry Powder for the Treatment of Vascular Smooth Muscle Cells In Vitro

Extraction and Purification of Polyphenols from Freeze-dried Berry Powder for the Treatment of Vascular Smooth Muscle Cells In Vitro

Extractie en zuivering van polyfenolen uit bevroren gedroogde bessenpoeder voor de behandeling van vasculaire gladde spiercellen<em&gt; In Vitro</em

Epidemiological studies indicate that increased flavonoid intake correlates with decreased mortality due to cardiovascular diseases (CVD) in the United ...

From Molecules to Materials: Engineering New Ionic Liquid Crystals Through Halogen Bonding

Van moleculen tot materialen: Engineering van nieuwe Ionische vloeibare kristallen door middel van halogeen Bonding

Herein, we demonstrate that a bottom-up approach, based on halogen bonding (XB), can be successfully applied for the design of a new type of ionic liquid ...

Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness

Multiwalled koolstof Nanotubes met polystyreen om zelf-assemblage en anisotrope vlekkerigheid enten

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a ...

Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectrometer

Chemie van de verbranding van brandstoffen: kwantitatieve soortvorming gegevens verkregen uit een atmosferische stroom van hoge-temperatuur-Reactor met moleculaire-beam massaspectrometer gekoppeld

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This ...

Methionine Functionalized Biocompatible Block Copolymers for Targeted Plasmid DNA Delivery

Methionine Gefunctionaliseerde biocompatibele blok copolymeren voor gerichte plasmide DNA-levering

Reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization integrates the advantages of radical polymerization and living polymerization. This ...

Analyzing Melts and Fluids from Ab Initio Molecular Dynamics Simulations with the UMD Package

Analyse van smelten en vloeistoffen van Ab Initio moleculaire dynamica simulaties met het UMD-pakket

We have developed a Python-based open-source package to analyze the results stemming from ab initio molecular-dynamics simulations of fluids. The package ...