Научная статья на тему 'Лазерное инициирование светочувствительных металлокомплексов 3-гидразино-4-амино-1,2,4-триазола'

Лазерное инициирование светочувствительных металлокомплексов 3-гидразино-4-амино-1,2,4-триазола Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
86
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЛАЗЕРНОЕ ИНИЦИИРОВАНИЕ / КОМПЛЕКСНЫЙ ПЕРХЛОРАТ МЕДИ С 3-ГИДРАЗИНО-4-АМИНО-1 / 4-ТРИАЗОЛОМ КАК ЛИГАНДОМ / 2 / LASER INITIATION / COPPER COMPLEX PERCHLORATE OF 3-HYDRAZINO-4-AMINO-1 / 4-TRIAZOLE AS LIGAND

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Илюшин Михаил Алексеевич, Целинский Игорь Васильевич, Смирнов Андрей Вячеславович, Бачурина Ирина Викторовна, Осташев Владимир Борисович

Статья посвящена синтезу и изучению свойств металлокомплексов 3-гидразино-4-амино-1,2,4-триазола. Предложен механизм начальных стадий лазерного инициирования металлокомплексов этих соединений. Показано, что порог инициирования комплексного перхлората меди импульсным лазерным излучением может быть изменен введением оптически прозрачных полимеров, детонационных наноалмазов и нанотрубок.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Илюшин Михаил Алексеевич, Целинский Игорь Васильевич, Смирнов Андрей Вячеславович, Бачурина Ирина Викторовна, Осташев Владимир Борисович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

LASER INITIATION OF LIGHT-SENSITIVE METAL COMPLEXES OF 3-HYDRAZINO-4-AMINO-1,2,4-TRIAZOLE (HATr)

This paper is devoted to the problems of synthesis and properties investigations of metal complexes of 3-hydrazino-4-amino-1,2,4-triazole. The mechanism of the first steps of metal complexes of HATr laser initiation has been suggested. It was found that threshold of initiation of copper complex perchlorate of HATr by pulse laser irradiation depends on additives: optical transparent polymers, detonation nanodiamonds and nanotubes.

Текст научной работы на тему «Лазерное инициирование светочувствительных металлокомплексов 3-гидразино-4-амино-1,2,4-триазола»

УДК 541.8.002

М.А. Илюшин1 И.В. Целинский2, А.В. Смирнов3, И.В. Бачурина4, В.Б. Осташев5, В.В. Благовещенский6

ЛАЗЕРНОЕ

ИНИЦИИРОВАНИЕ

СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ

МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСОВ 3-

ГИДРАЗИНО-4-АМИНО-

1,2,4-ТРИАЗОЛА

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д.26

Статья посвящена синтезу и изучению свойств металлокомплексов 3-гидразино-4-амино-1,2,4-триазола. Предложен механизм начальных стадий лазерного инициирования металлокомплексов этих соединений. Показано, что порог инициирования комплексного перхлората меди импульсным лазерным излучением может быть изменен введением оптически прозрачных полимеров, детонационных наноалмазов и нанотрубок.

Ключевые слова: лазерное инициирование, комплексный перхлорат меди с 3-гидразино-4-амино-1,2,4-триазолом как лигандом.

В работах [1, 2] было найдено, что комплексный перхлорат меди с 3-гидразино-4-амино-1,2,4-триазолом (ГАТр) как лигандом является светочувствительным веществом, легко инициируемым лучом неодимового лазера. Механизм лазерного инициирования металлокомплексов в литературе не описан, поэтому с целью определения начальных стадий лазерного инициирования комплексов ГАТр были синтезированы и изучены перхлоратные комплексы ряда тяжелых и переходных металлов. Синтез комплексных солей проводили по следующей схеме: мн2

N Н

<\ Г\н 2

^—N 2

Me(NO 3) 2 +2

НОЮ., изб.

Me

NH2

(V

N—N

NH

/2 J

CIO J + 2 HNO 3

где Ме: Си2+ (1), Со2+(2), і\іі2+(3), Cd2+(4)

Реакцию проводили в избытке хлорной кислоты при комнатной температуре. К раствору 0.02 моль нитрата ГАТр в 10 мл пропанола-2, подкисленному 5 мл 57%-ной хлорной кислоты, добавили при перемешивании раствор 0.01 моль нитрата соответствующего металла в 10 мл пропанола-2. Полученную смесь перемешивали 1 час при комнатной температуре, осадок перхлоратного комплекса отфильтровали, промыли водой, пропанолом-2 и сушили в вакуум-термостате при 50 0С. Состав полученных комплексных солей (1-4) был доказан элементным анализом и данными ИК-спектроскопии.

Проведенные исследования восприимчивости синтезированных координационных соединений к воздействию когерентного излучения показали, что природа

центрального иона влияет на чувствительность полученных соединений к лазерному моноимпульсу.

Исследование восприимчивости комплексных солей 3-гидразино-4-амино-1,2,4-триазола к лазерному моноимпульсу проводили на лазерной установке с параметрами импульса: Л = 1.06 мкм, тимп.= 30 нс, ^уЧа= 0.48 мм. Образцы солей были запрессованы в медные колпачки диаметром 5 мм и высотой 2 мм под давлением 40 МПа [3] (см. таблицу 1).

Таблица 1. Лазерное инициирование синтезированных комплексных соединений

Вещество Характер эффекта Критическая энергия WkD, Дж Сумма потенциалов ионизации катиона металла. І1+І2, Эв [4]

[Си(ГАТр)2](СЮ4)2 (1) детонация 1.1-10-5 28.02

[С0(ГАТр)2](С104)2 (2) детонация 5.03-10-4 25.90

[ІЧІ(ГАТр)2](СЮ4)2 (3) детонация 5.75-10"4 25.78

[Со(ГАТр)2](СІ04)2 (4) детонация 1.36-10"3 24.92

Шкр в данном случае является минимальной энергией, необходимой для инициирования комплексного соединения.

На основании анализа результатов испытаний можно заключить, что чувствительность комплексных перхлоратов меди(11) (1), кобальта(П) (2), никеля(11) (3), кадмия(11) (4 к лазерному моноимпульсу изменяется в соответствии с окислительной способностью центрального иона металла, выраженной в виде суммы потенциалов ионизации ¡1+12 (см. таблицу 1). Чем больше это значение, тем выше чувствительность соединения к лазерному излучению:

Си > Cd > N1 > Со.

В работе [5] была изучена роль катиона металла в распаде комплексов перхлоратов d-металлов на основе производных гидразина. Было установлено, что на начальных стадиях происходит преимущественно внутри-сферное окисление лиганда анионом с участием катиона металла. Результаты работ [3, 5] позволяют предположить следующий механизм окисления полученных комплексов на начальных стадиях:

1 Илюшин Михаил Алексеевич, д-р хим. наук, профессор каф. химии и технологии органических соединений азота, ilyushin@lti-gti.ru

2 Целинский Игорь Васильевич д-р хим. наук, профессор, зав. каф. химии и технологии органических соединений азота, ivts@lti-gti.ru

3 ,

’ Смирнов Андрей Вячеславович, канд. хим. наук, ст. науч. сотр., каф. химии и технологии органических соединений азота, smirnov157@yandex.ru Бачурина Ирина Викторовна, канд. хим. наук, мл.. науч. сотр., каф. химии и технологии органических соединений азота, toffee@rambler.ru

4

5 Осташев Владимир Борисович, канд. техн. наук, доцент каф. общей физики, f-m@lti-gti.ru

6 Благовещенский Владимир Васильевич, канд. физ.-мат. наук, доцент каф. общей физики, f-m@lti-gti.ru

2

Дата поступления - 27 июня 2011 года

2 СЮГ + Ме 2+ ^ С1О4' + Ме + + С1О4"

С1О4" + Ме + ^ С1О4' + Ме°

Двухстадийное взаимодействие катиона металла и перхлорат-аниона приводит к образованию высокоактивного перхлорат-радикала, участвующего в дальнейшем окислении лиганда.

Комплексный перхлорат меди (1) был изучен более подробно как наиболее светочувствительное вещество в исследованном ряду координационных соединений.

На начальной стадии работы был оптимизирован лабораторный способ получения комплекса 1. Синтез комплексного перхлората меди осуществляли по следующей прописи:

Раствор перхлората меди (II) объемом 4 мл с концентрацией 1.088 моль/л (0.0043 моля) приливали при перемешивании к раствору 3.12 г (0.013 моля) нитрата 3(5)-гидразино-4-амино-1,2,4-триазола и 3.04 г (0.026 моля) перхлората аммония (МРТУ 6-09-3536-67) в 24 мл дистиллированной воды при температуре ~17 оС. После перемешивания в течение 3 часов мешалку выключали, реакционной массе давали отстояться и затем приливали 1.7 мл ~60%-ной хлорной кислоты. Включали мешалку и выдерживали реакционную массу 2 часа при перемешивании, затем добавляли 13 мл этанола и перемешивали содержимое реактора при той же температуре еще 2 часа. Осадок отфильтровывали, промывали холодной водой, этанолом и сушили в вакуум-термостате при 30 °С ~3 часа. Выход перхлората {бис-[3(5)-гидразино-4-амино-1,2,4-триазол]}меди (II) (1) составлял 1.62 г (75 % от теор). Отсутствие колебаний ЫО3" и появление полос поглощения С1О4- в ИК спектре комплекса (1) свидетельствует о полной замене нитрат-иона на перхлорат во внешней сфере комплекса, совпадение частот колебаний С1О4- в металлокомплексе (1) с его частотами в простых солях подтверждает неучастие перхлорат-аниона в координации с центральным катионом.

С целью определения строения комплекса (1) на спектрометре Shimadzu иУ 2401 (Япония) был записан и изучен УФ спектр поглощения светочувствительного медного комплекса 3(5)-гидразино-4-амино-1,2,4-триазола в водном растворе при концентрации вещества 0.02 моль/л (рисунок 1).

Анализ полученного спектра показывает, что поглощение водного раствора светочувствительного перхлората (1) зависит от длины волны. Наибольшая оптическая плотность раствора перхлоратного комплекса меди наблюдается в ультрафиолетовой области спектра при длинах волн менее 300 нм, где поглощает лиганд. В области d-d переходов в спектре раствора комплекса (1) имеются две полосы поглощения с максимумами в областях ~340 нм и ~600 нм, что позволяет предположить октаэдрическое строение полученного соединения (1) [6]. В инфракрасной области спектра (длины волн свыше 800 нм) раствор комплексного перхлората (1) поглощает незначительно - его оптическая плотность снижается до величины менее 0.1. Следовательно, водные растворы перхлората меди (1) на длине волны твердотельных неодимовых лазеров (Л = 1060 нм) имеют незначительный молярный коэффициент поглощения.

Рисунок 2. Молекулярный комплекс перхлората [бис-3(5)-гидразино-4-амино-1,2,4-триазол]меди (II)

Квантово-химическими методами с использованием программы Gaussian 98, программы расчета функционала плотности B3LYP в базисах 3-21G и 6-31G(d) была рассчитана оптимизированная структура комплекса 1 в газовой фазе [7] (рисунок 2).

Расчеты показали, что катион меди координирован атомами N*(N2) триазольных циклов. Координационное число меди в газовой фазе равно двум. Не исключено участие в координации с катионом меди атомов азота гидразиновых групп лигандов.

Начальной стадией термораспада комплекса (1), согласно квантово-химическим расчетам, является передача протона лигандом перхлорат-аниону с образованием хлорной кислоты, которая является эффективным окислителем лигандов в Red-Ox процессах. Энтальпия этой реакции составляет 136.1 кДж/моль, что значительно меньше, чем энергия диссоциации комплекса (1) через перхлорат-анион (~346 кДж/моль).

Таким образом, механизм начальных стадий разложения комплекса (1), очевидно, зависит от агрегатного состояния вещества.

Фракционный состав порошков синтезированного комплекса меди определяли с помощью электронного микроскопа JSM-35CF (фирма JEOL). Результаты исследования представлены на рисунках 3-5 и в таблице 2.

Рисунок 3. Растровый электронный снимок комплекса меди (образец 1) увеличение х10000

Рисунок 4. Растровый электронный снимок комплекса меди (образец 2) увеличение х10000

Рисунок 1. Спектр поглощения водного раствора перхлората [бис-3(5)-гидразино-4-амино-1,2,4-триазол]меди (II)

Рисунок 5. Гистограмма распределения частиц медного комплекса по размерам

Таблица 2. Сводные статистические данные по комплексу меди

№ N dm¡n - Стах Сср Кг

1 764 0.04 - 2.47 0.53 ± 0.32 0.81

N - число частиц в массиве обработки; с1ср = (с1т,п + с1тах)/2, где с1ср -средний диаметр частиц,с1тах ,Ст|п - максимальный и минимальный диаметры; К -параметр формы.

Как следует из результатов исследований, представленных на рисунках 3-5 и в таблице 2, порошок комплекса меди (1) представляет собой высокодисперсный материал, состоящий из частиц с выраженной огранённой формой, морфологически гладкой поверхностью, имеющих средний размер 0.5 мкм (рисунки 3 и 4). Минимальный размер частиц 0.04 мкм, максимальный - 2.47 мкм. Параметр формы рассчитывали по формуле Кг = 4пБ/Р2, где Б - площадь частицы, Р - периметр. Вычисленный параметр формы показывает, что кристаллы имеют неправильную форму с Кг = 0.81 (Кг =1 для окружности).

Соль (1) имеет чувствительность к механическим воздействиям на уровне штатных инициирующих взрывчатых веществ (ИВВ), что не соответствует современным требованиям по безопасности [6]. Потому применение индивидуального комплекса меди (1) в качестве светочувствительного соединения весьма проблематично. Снижения чувствительности комплексного перхлората меди к механическим воздействиям можно достичь путем флег-матизации. Одним из эффективных путей флегматизации порошкообразных энергетических материалов является создание композиций на основе металлокомплексов, помещенных в инертную матрицу из полимера. Такая процедура позволяет защитить опасную соль от внешних воздействий. В качестве инертной матрицы в работе были использованы два оптически прозрачных полимера: энергонасыщенный сополимер 2-метил-5-винилтетразола (~98%) и метакриловой кислоты (~2%) (РУИТ) (ТУ 38403-208-88) и хорошо известный инертный полиметилме-такрилат (органическое стекло, РИМА). Содержание полимера в составе составляло не менее 10%. Чувствительность к механическим воздействиям полученных полимерсодержащих составов снизилась до уровня органических полинитросоединений, таких как тетранитрат пентаэритрита (ТЭН) или гексанитрогексаазаизовюрцитана (^-20), делая их достаточно безопасными в условиях хранения, перевозки и применения.

СН3

I

(-СН 2-СН-)п(-СН 2-С-)ш

\ соон ,К-СНз N

РУИТ

СН3

|

(-сн 2-С-)п

21

соосн3

РИМА

Для твердых образцов смеси комплексного перхлората меди с оптически прозрачным полимером, содержащих ~90% комплекса (і) и ~10% полимера РУИТ (состав ВС-1), характер поглощения электромагнитного излучения в видимой и инфракрасной областях спектра может быть иным, чем в водном растворе медного комплекса. Для проверки данного предположения на спектрометре Бресо^ 200 И (Карл Цейсс, Германия) был записан и изучен оптический спектр диффузного отражения пленочного заряда состава ВС - 1 (рисунок 6).

Рисунок 6. Спектр диффузного отражения пленки светочувствительного состава ВС-1

Твердый образец состава ВС-1 имеет минимальное отражение (или максимальное поглощение) в ультрафиолетовой области спектра при длинах волн менее 350 нм, что согласуется с прогнозом, основанным на анализе спектра поглощения водного раствора перхлората {бис-[3(5)-гидразино-4-амино-1,2,4-триазол]}меди (II) (рисунок 1). В видимой области спектра на длинах волн 400 - 600 нм отражение с поверхности образца состава ВС-1 максимально. Зависимость носит экстремальный характер с максимумом отражения при Л ~ 500 нм.

Водные растворы перхлоратного комплекса (1) в видимой области спектра имеют минимальную оптическую плотность также на длине волны ~ 500 нм (рисунок 1). В инфракрасной области спектра диффузное отражение образцов состава ВС-1 возрастает (а поглощение уменьшается) с увеличением длины волны электромагнитного излучения, однако по абсолютной величине изменения меньше, чем в видимой области спектра в диапазоне длин волн 450 - 550 нм. Таким образом, исследования оптических свойств поверхности состава ВС-1 дало возможность дополнить результаты изучения поглощения водных растворов комплекса (1).

Инициирование состава ВС-1 лазерным моноимпульсом

Практически важным является изучение зависимости восприимчивости к лазерному импульсу пленочных зарядов состава ВС-1 от их толщины. В результате проведенных исследований было найдено, что величина порога инициирования светочувствительного состава комплексного перхлората меди ВС-1 зависит от массы еденицы поверхности образцов. Уменьшение толщины пленки ВС-1, начиная с т5 = 60-70 мг/см2, приводит к росту порога инициирования светочувствительного состава моноимпульсом неодимового лазера. Пленки с удельной массой т5 < 20мг/см2 не удалось инициировать даже при облучении моноимпульсом с плотностью энергии, в 15 раз превышающей критическое значение для миллиметровых образцов (рисунок 7) [8].

Рисунок 7. Зависимость критической энергии инициирования (Ес) от удельной массы светочувствительного пленочного состава на основе комплексного перхлората меди ВС-1 (М5)

(диаметр лазерного луча 4.7 мм)

Из данных графика на рисунка 7 следует, что, начиная с высоты 0.8 - 0.9 мм (>70 - 80 мг/см2), порог инициирования светочувствительного пленочного состава на основе комплексного перхлората меди не зависит от толщины образца. Исходя из этого, дальнейшие исследования зависимости светочувствительности пленочных составов на основе металлокомплекса (1) от концентрации полимера, а также изучение временных зависимостей задержки зажигания от содержания полимера, проводили с образцами толщиной 2-3 мм. В качестве полимерной матрицы светочувствительных составов использовали инертный полимер РММА. Измерения проводили на экспериментальной установке, описанной в работе [9]. Время генерации лазерного моноимпульса неодимового твердотельного лазера составляло ~ 10.1 нс.

Одним из актуальных вопросов, требующих разрешения, является определение влияния количества полимера на восприимчивость пленочных составов к лазерному излучению. С одной стороны, полимер, как инертная добавка, должен снижать чувствительность комплексного перхлората меди к лазерному моноимпульсу, но, с другой стороны, РММА прозрачен для лазерного излучения, поэтому наличие полимерной матрицы должно привести к увеличению области поглощения лазерного излучения, улучшению, вследствие этого, условий образования горячих точек и снижению, в конечном итоге, порога инициирования. На рисунке 8 показана зависимость чувствительности пленочного состава на основе комплексного перхлората меди к лазерному моноимпульсу неодимового лазера от массовой концентрации РММА.

Рисунок 8. Зависимость чувствительности пленочного состава на основе комплексного перхлората меди от массовой концентрации РММА (диаметр лазерного луча 2.8 мм) "+" - подрыв состава; "-" - отказ.

Снижение энергии инициирования при увеличении массовой доли РММА до 20% вызвано, очевидно, увеличением светопропускания пленочных полимерсодержащих энергонасыщенных составов. Увеличение же энергии инициирования пленочных составов при росте содержания РММА выше 20%, по-видимому, обусловлено уменьшением удельной энергии взрыва за счет инертной добавки.

Времена задержки инициирования светочувствительных составов во многом определяют области их возможного применения. Время задержки зажигания регистрировали осциллографом TDБ-350 (Те1:гоп1х).

На рисунке 9 приведены экспериментальные зависимости времени задержки зажигания относительно начала действия лазерного импульса от плотности световой энергии для образцов пленочных составов на основе комплексного перхлората меди, содержащих 15% и 20% РММА.

400 500 600 700 800 Е, мДж/сыг

Рисунок 9. Зависимость времени задержки зажигания пленочного состава на основе комплексного перхлората меди от плотности энергии лазерного излучения

Следует обратить внимание на то, что время задержки зажигания зарядов, содержащих 15% полимера, больше, чем у образцов с 20% РММА. На первый взгляд все должно быть наоборот. Чем больше содержание металлокомплекса (1)

в составе, тем меньше должно быть время «разгорания» образца. Однако это не так. Вероятно, время зажигания состава в основном определяется временем формирования очага зажигания, а время перехода горения в детонацию составляет сравнительно малую часть общего регистрируемого времени задержки зажигания.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Экспериментально найденные зависимости времени задержки зажигания от плотности энергии лазерного излучения и чувствительности составов комплексного перхлората меди от концентрации связки противоречат гипотезе о чисто тепловом механизме зажигания светочувствительного метал-локомплекса (1), осуществляемом в результате разогрева оптических микронеоднородностей.

Экспериментальные данные позволяют предположить, что зажигание светочувствительных пленочных составов на основе комплексного перхлората меди (1) короткими лазерными моноимпульсами в значительной степени зависит от разгрузки материала волнами разрежения.

Инициирование состава ВС-1 лазерным одиночным импульсом

Для инициирования энергонасыщенных материалов используются не только лазеры, излучающие в режиме моноимпульса, но также и лазеры, излучающие в режиме свободной генерации. В режиме свободной генерации лазерный импульс представляет собой цуг импульсов, повторяющихся примерно через 10-6 с. Длительность одиночного импульса доходит до нескольких миллисекунд.

С помощью твердотельного неодимового лазера модели ИТ-181, работающего в режиме свободной генерации, были определены пороги чувствительности к когерентному инфракрасному излучению прессованных образцов комплекса (1) и светочувствительного состава ВС-1. Образцы представляли собой медные колпачки диаметром 5 мм и высотой 2 мм, заполненные светочувствительным материалом, запрессованным под давлением 60 МПа. Лазер ИТ-181 имел следующие параметры излучения: длина волны X 1.06 мкм, длительность импульса - 2 мс, энергия излучения в импульсе - 10-4000 мДж, диаметр луча на выходе - 1 мм. Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 10.

Рисунок 10. Схема лазерной установки 1 - Не-№ юстировочный лазер (X = 0,62 мкм), 2 - рабочий лазер ИТ-181,. 3 - светоделительная пластина;

4 - измеритель мощности лазерного излучения ИМО-2Н;

5 - фокусирующая линза; 6 - нейтральные фильтры; 7 - кассета с образом

Лазерным лучом экспонировали центральную часть заряда. Луч фокусировали на поверхности исследуемых образцов с помощью линзы. Размеры облучаемой зоны изменялись перемещением линзы (7) относительно образца. Контроль энергии излучения осуществляли измерителем мощности лазерного излучения ИМО-2Н (4) по отраженному от светоделительной пластины (3) излучению. Для дополнительного увеличения диапазона варьирования энергии лазерного луча использовали нейтральный ослабляющий фильтр (6). Для юстировки оптической схемы использовали гелий-неоновый лазер (1). Первой задачей исследования был поиск ответа на вопрос о влиянии оптически прозрачного полимера РУИТ на порог инициирования светочувствительного комплекса (1). Результаты экспериментального определения порога инициирования прессованных образцов приведены в таблице 3. Приведенные результаты являются средними из 6 параллельных опытов. Средняя погрешность экспериментов ±10%.

Таблица 3. Результаты определения порога

Образец Прессованный заряд Прессованный заряд

медного комплекса 1 состава ВС-1

Плотность потока 0.44 0.135

энергии, Е, Дж/мм2

На основании анализа результатов, приведенных в таблице 3, следует, что снижение порога инициирования состава ВС-1 по сравнению с медным комплексом более чем в три раза, вероятно, связано с улучшением условий образования очага зажигания. Сравнение результатов таблицы 3 и рисунка 8 позволяет заключить, что при любом режиме работы импульсного лазера разбавление комплекса (1) оптически прозрачным полимером в количестве до 20% приводит к снижению порога инициирования неодимовым лазером.

Из данных таблицы 3 следует, что порог инициирования состава ВС-1 лазерным моноимпульсом примерно на два порядка ниже (рисунок 7), чем одиночным импульсом неодимового лазера, что и следовало ожидать, поскольку при одиночном импульсе часть энергии излучения теряется.

Известно, что мелкодисперсная сажа успешно применяется для увеличения восприимчивости энергетических материалов к одиночному импульсу инфракрасных твердотельных лазеров и полупроводниковых лазерных диодов [10]. Однако влияние других аллотропных форм углерода на пороги лазерного инициирования энергетических материалов не изучалось.

В результате проведения следующего этапа работы было исследовано влияние детонационных наноалмазов (ДНА, производство ЗАО «Алмазный центр») (размер конгломератов частиц 40 - 60 нм) и многостенных нанотрубок (размер конгломератов частиц <100 нм, производство ЗАО «Астрин») на порог инициирования светочувствительного состава ВС-1 одиночным импульсом неодимового лазера модели ИТ-181. Добавки (3%) аллотропных форм углерода вводили в суспензию медной соли в растворе полимера РУМТ в легколетучем органическом растворителе или в суспензию порошка состава ВС-1 в том же растворителе. После тщательного перемешивания в течение 15 минут и последующего испарения органического растворителя светочувствительный состав представлял собой пленку толщиной ~2 мм смеси субмикрон-ных частиц ВС-1 и равномерно распределенных во взрывчатом материале наночастиц углерода, заключенных в полимерную матрицу. Лазерным лучом экспонировалась центральная часть заряда (рисунок 10). Результаты экспериментального определения порога инициирования пленочных образцов приведены в таблице 4.

Приведенные результаты являются средними из 5-6 параллельных опытов. Средняя погрешность экспериментов ±10%.

Следует отметить, что для системы: комплекс (1) + 3% ДНА + 10% РУМТ при определении критической энергии инициирования иногда наблюдали срыв процесса детонации во взрывное горение. Есть основания предполагать, что именно в этом режиме протекает процесс быстрого разложения состава ВС-1 при энергиях инициирования, близких к критическим.

Таблица 4. Результаты исследования лазерного инициирования пленочных

зарядов состава ВС-1.

Состав ВС-1 Комплекс 1 + Комплекс 1 +

Образец + 3% ДНА 3% ДНА + 10% PVMT 3% нанотрубок + 10% PVMT

Плотность 0.06 0.034 0.051

потока энергии, E, Дж/мм2

Сравнение данных таблиц 3 и 4 позволяет заключить, что:

- введение 3% добавок ДНА и нанотрубок приводит к снижению порога инициирования состава ВС-1 в 2-3 раза,

- эффективность ДНА как сенсибилизирующей добавки зависит от способа смешения компонентов в составе,

- при одинаковом способе смешения аллотропных форм углерода сенсибилизирующая способность ДНА, очевидно, выше, чем нанотрубок.

Таким образом, в работе экспериментально подтверждена сенсибилизация комплекса (1) к импульсному излучению неодимового лазера оптически прозрачными полимерами, детонационными наноалмазами и нанотрубками.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ, межвузовская аналитическая целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школыы» на 2009-2011 гг. Проектыы 2.1.1/2908, 2.1.2/1581, 2.1.1/14167и 2.1.2/14145

Литература

1. Ilyushin M.A, Petrova N.A., Tseiinsky I. V. The correlation between thermal decomposition and laser ignition parameters for complexes of HAT // Hunneng cailiao=Energetic materials. 1993.V.1. N4. P.41-43

2. Cudzilo S., Szmigielsky R. Synthesis and investigations of some di-(R-1,2,4-triazolato)copper (II) perchlorates // Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej. 2000. R. 49, No. 12. S. 5-17.

3. Угрюмов И.А., Илюшин М.А., Цели некий И. В. [и др.] Синтез и свойства светочувствительных комплексных перхлоратов d-металлов с 3(5)-гидразино-4-амино-1,2,4-триазолом в качестве лиганда // Журнал прикладной химии. 2003. Т.76. вып.3. с.454-456.

4. Радциг А.А., Смирнов Б.М. Параметры атомов и атомных ионов. Справочник. М: Энергомашиздат. 1986. 342 с.

5. Ilyushin M.A, Tselinsky I. V. The influence of structure of the salts of azoles upon the processes of their thermal and laser initiation// Central European Journal of Energetic Materials.2006. Vol.3. No1-2. p.39-50/

6. Илюшин М.А., Судариков А.М., Целинский И.В. [и др.] Металлокомплексы в высокоэнергетических композициях (монография)/под ред. И.В. Целинского // СПб: ЛГУ им А.С. Пушкина. 2010. 188 с.

7. Golubev V.K. Quantum-Chemical Calculations of Properties of Several Light-Sensitive Molecular Complexes // Proceedings of the 11 Seminar New Trends in Research of Energetic Materials. Part 2. Pardubice. Czech Republic. April 09 - 11. 2008. p.569-573.

8. Илюшин М.А., Целинский И.В., Смирнов А.В. [и др.] Энергоемкие металлокомплексы как взрывчатые вещества для средств инициирования // Научные чтения памяти Б. В. Гидаспова 16 апреля 2008 г. СПб: РНЦ "Прикладная химия". 2008. С. 65-81.

9. Илюшин М.А., Смирнов А.В., Бачурина И.В. [и др.] Светочувствительные энергонасыщенные металлокомплексы и их лазерное инициирование // Известия СПбГТИ(ТУ). 2010. №9 (35). с.44-50.

10. Harcoma M. Confinement in the Diode Laser Ignition of Energetic Materials// Thesis of degree of Doctor of Technology. Tampere University of Technology. Tampere. 2010. 112 p.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.