CC BY
36
Научная статья
2.6.11 - Технология и переработка синтетических и природных полимеров и композитов (технические
науки)
УДК 662.19
doi: 10.25712/ASTU.2072-8921.2022.4.2.005 EDN: NFKCYF
МАЛОГАЗОВЫЕ НАНОТЕРМИТЫ И ОТНОСИТЕЛЬНАЯ СИЛА ВЗРЫВА СМЕСИ MMoOs С ФТОРПОЛИМЕРОМ
Виталий Олегович Попов 1, Виталий Николаевич Комов 2, Валерий Викторович Малыхин 3
1, 2, з Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), Бийск, Россия
1 popovo@inbox.ru, https://orcid.org/0000-0001-5079-8303 2e-mail: witalij-komov@mail.ru 3e-mail: astro-78@mail.ru.
Аннотация. Кратко рассмотрены распространённые и наиболее изученные нанотер-митные композиции различного состава и представлены результаты экспериментального сравнения относительной силы взрыва смесей нанопорошков Al/MoOe с фторполимером. Представлены системы, основными представителями которых являются нанотермитные композиты для пиравтоматики и микроинициаторов. Рассматривается проблема разработки безгазовых (малогазовых), быстро сгорающих пиротехнических составов на основе нанотермитов. В экспериментальной части обсуждается влияние фторполимера Ф-42Л на относительную силу взрыва пиротехнической композиции, основанной на термитной реакции между нанопорошками алюминия (горючее) и оксидом молибдена (окислитель). Было показано, что фторполимер уменьшает относительную силу взрыва нанокомпозита, а определяющей химической реакцией взрывного превращения смеси А1/МоОэ/Ф-42Л является реакция Al с фторполимером.
Ключевые слова: нанокомпозит; нанотермит; полимерное связующее; относительная взрывная сила.
Благодарности: Работа выполнена в рамках проекта № 121061500029-7 при использовании приборной базы Бийского регионального центра коллективного пользования СО РАН (ИПХЭТ СО РАН, Бийск, Россия).
Для цитирования: Попов В. О., Комов В. Н., Малыхин В. В. Малогазовые нанотермиты и относительная сила взрыва смеси А1/МоОз с фторполимером // Ползуновский вестник. 2022. № 4. Т. 2. С. 31-38. Сок 10.25712/АБТи.2072-8921.2022.4.2.005. ЕРЫ: https://elibrary.ru/NFKCYF.
© Попов В. О., Комов В. Н., Малыхин В. В., 2022 POLZUNOVSKIY VESTNIK № 4, V.2 2022
Original article
SMALL-PHASE NANOTHERMITES AND THE RELATIVE EXPLOSION FORCE OF AN Al/MoO3 MIXTURE WITH A FLUOROPOLYMER
Vitaliy O. Popov 1, Valeriy V. Malykhin 2, Vitaliy N. Komov 3
1 2, 3 Institute for Problems of Chemical and Energetic Technologies of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (IPCET SB RAS)
1 popovo@inbox.ru, https://orcid.org/0000-0001-5079-8303
2 e-mail: witalij-komov@mail.ru
3 e-mail: astro-78@mail.ru.
Abstract. The common and most studied nanothermic compositions of various compositions are briefly considered and the results of an experimental comparison of the relative explosion force of mixtures of Al/MoO3 nanopowders with fluoropolymer are presented. Systems are presented, the main representatives of which are nanothermic composites for PIR automation and microinitiators. The problem of developing gas-free (low-gas), fast-burning pyrotechnic compositions based on nanother-mites is considered. In the experimental part, the effect of the fluoropolymer F-42L on the relative explosion force of a pyrotechnic composition based on a thermite reaction between aluminum nanopow-ders (burning) and molybdenum oxide (oxidizer) is discussed. It was shown that the fluoropolymer reduces the relative explosion force of the nanocomposite, and the determining chemical reaction of the explosive transformation of the Al/MoO3/F-42L mixture is the reaction of Al with the fluoropolymer. Keywords: nanocomposite; nanothermite; polymeric binder; relative explosive force. Acknowledgements: the work was done under the auspices of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project No. 121061500029-7) using instruments provided by the Biysk Regional Center for Shared Use of Scientific Equipment SB RAS (IPCET SB RAS, Biysk).
For citation: Popov, V. O., Malykhin, V. V. & Komov, V. N. (2022). Small-phase Nanothermites and the Relative Explosion Force of an Al/MoO3 Mixture with a Fluoropolymer. Polzunovskiy vestnik, 4(2), 31-38. (In Russ.). doi: 10.25712/ASTU.2072-8921.2022.4.2.005. EDN: https://elibrary.ru/NFKCYF.
ВВЕДЕНИЕ
Высокий интерес к нанокомпозитам, разрабатываемым на основе нанотермитных смесей, обусловлен уникальными взрывчатыми свойствами этих систем. Как известно, скорость горения гетерогенных смесей окислитель / топливо имеет тенденцию к увеличению по мере уменьшения размера частиц. С появлением ультрадисперсных порошков широко изучались смеси окислитель / горючее, в которых компоненты усреднены на наноуровне [1-3]: первоначальные исследования показали, что такие смеси могут увеличить скорость их горения на несколько порядков.
Литературные данные показывают, что использование наноразмерных компонентов в качестве окислителя и топлива привело к появлению нового класса энергетических материалов - метастабильных межмолекулярных композитов (metastableinter molecular composites -
MICs) [4]. Нанотермиты также относятся к этому классу [5]. Термиты представляют собой реак-ционноспособные смеси оксидов металлов с другим металлом [6, 7], но, в свою очередь, нанотермитами являются термитные смеси, частицы которых компонентов имеют размер до 100 нм [8-10]. Наиболее изученными являются нанотермиты на основе металлических горючих А1, В, № и окислителей CuO, MoOз, WOз, Bi2Oз, Fe2Oз, NiO, Юб и SnO2 [4-11].
Достоинствами нанотермитов являются: высокая скорость горения взрывного характера, которая изменяется от сотен метров (насыпная плотность) и до метров в секунду (высокая плотность); низкая газопроизводительность (объем газов менее 0,5 л/кг); высокая восприимчивость к начальному инициирующему импульсу [12-14].
Среди ограничивающих применение нанотермитов недостатков принято считать: а) высокую чувствительность к механическим 1 ВЕСТНИК № 4, Т.2 2022
и электростатическим воздействиям [15-17]; б) плохую уплотняемость и низкую механическую прочность прессовок [18]; в) сильную зависимость скорости горения от дисперсных свойств порошков, количества примесей в металлическом горючем и способа изготовления образцов [19, 20]; г) изменение свойств при хранении (окисление частиц, агломерация и т.д.) [21-23]. Таким образом, переработка этих композиций требует определённых безопасных приёмов, например, смешения компонентов в объёме суспензии с удаляемой жидкостью, которая является химически инертной ко всем компонентам. Однако наиболее потенциальное применение нано-термитов включает микроэлектромеханические системы (microelectromechanical systems - MEMS) [4, 19], в частности, микровоспламенители, -двигатели, -генераторы давления и т. д.
Основные недостатки нанотермитов могут быть устранены путём включения в них связующих веществ. Авторами [12] показано влияние полимерных добавок на скорость
По данным таблицы 1 видно, что представленные смеси имеют высокие температуры горения, при которых давления паров металлов и их окислов достаточно высоки. Объем газообразных продуктов снижается при увеличении давления, так как основные компоненты газовой фазы частично конденсируются. При давлении выше 50 МПа объём
горения нанотермита А1/ СиО. Так, введение 2 % нитроцеллюлозы снизило скорость горения нанотермитной композиции, приблизительно на 30 %, тогда как добавка фенол-формальдегидной смолы снизила скорость на 45 %. Добавление небольшого количества связующего не обеспечивает кондуктивного режима горения, что, вероятно, приводит к значительному разбросу экспериментальных скоростей. Вместе с тем в работе показали, что давление мало влияет на скорость горения чистых термитных систем, напротив, органическое связующее оказывает значительное влияние на термодинамические свойства смесей, что, вероятно, связано с изменением механизма горения с кондуктивного на конвективный, при котором влияние газообразных продуктов на распространение фронта или волны горения через поры внутри образца является определяющим. В работе [24] экспериментально исследованы различные системы термитного типа, и термодинамические характеристики некоторых термитов на основе алюминия обобщены в таблице 1.
газовой фазы имеет незначительную величину, что позволяет говорить о нанотермитах как о малогазовых (почти безгазовых) композициях. Однако экспериментально установлено [24, 25], что при горении термитов выделяются газообразные продукты сгорания различных примесей, содержащихся в порошках исходных компонентов смесей (таблица 2).
Состав реакционной смеси Газовыделение, моль газа/моль продукта Состав газовой фазы, % Источник
H2 CO CO2 H2O
1 2 3 4 5 6 7
Ti+2B 0,331 98,6 0,9 0,3 0,2 [25]
Ti+C 0,180 96,6 0,8 0,5 1,5
Ta+C 0,062 61,5 37,5 0,1 0,9
Таблица 1 - Термодинамические характеристики некоторых термитных составов на основе Al Table 1 - Thermodynamic characteristics of some thermite compositions based on Al
Стехио-метрическая смесь Давление, МПа Адиабатическая температура, К Объем газообразных продуктов, л/кг Состав газовой фазы Состав конденсированной фазы
0,1 3364,28 2120
CrO3 + 2Al 1 10 50 3534,70 4331,34 4699,96 212 13,4 1,8 Cr, AhO3, CrO AhO3
0,1 3808,21 430
MoO3 + 2Al 1 10 50 4358,76 4558,29 4579,01 15 0 0 AhO, MoO, MoO2 AhO3, Mo
Таблица 2 - Состав выделившихся газов при горении некоторых термитных систем
Table 2 - Composition of the gases released during the combustion of some thermite systems gorenje
Продолжение таблицы 2 / Table 2 cont.
1 2 3 4 5 6 7
Ti+0,6Si 0,850 97,5 0,8 0,1 0,6
Zr+0,6Si 0,195 95,4 2,7 0,2 1,7 [25]
Hf+0,6Si 1,785 97,1 1,0 0,1 1,8
Ti+B 0,127 99,8 0,1* 0,1 - [26]
Ta+C - 71,0 17,0 0,7 - [27]
Ti+C - 66,2 23,1** - 10,8 [28]
Примечание: приведено содержание смеси газов для * -СО+№, ** -CO+N2+C2H4.
По данным таблицы 2 видно, что газовая фаза рассмотренных смесей состоит, в основном, из водорода и оксида углерода, так как на поверхности исходных компонентов абсорбированы различные примеси, в том числе и воздух. Для смесей углерода и бора с титаном показано наличие значительного количества смеси газов СО, N2 и CO, N2, C2H4.
Таким образом, разработка малогазовых быстрогорящих пиротехнических составов для замедлительных устройств и линий инициирования для гражданской промышленности возможна путём замены существующих материалов перспективными нанотермитны-ми композициями. Важное значение имеет возможность исключения соединений свинца из замедлительных составов практического применения, что обеспечивает создание малотоксичных экологически чистых энергетических замедлительных композиций и устройств. Однако горение нанотермитов, модифицированных добавками полимерных связующих, отличается значительным разбросом экспериментальных данных.
Целью данной работы является оценка влияния фторполимерного связующего -окислителя на взрывчатые характеристики нанокомпозиции Al/MoOз/Ф-42Л.
МЕТОДЫ
В качестве исходных компонентов были использованы порошки производства ООО «Передовые Порошковые Технологии» (Томск, Россия):
- Al марки Alex с размером частиц 5070 нм, состава AI/AI2O3 - 85/15 %;
- оксида молибдена M0O3 с размером частиц 30-150 нм, чистотой не менее 99 %.
В качестве полимерного связующего применялся фторполимер - фторопласт марки Ф-42Л по ГОСТ 25428-82. Ф-42Л представляет собой сополимер тетрафторэтилена (TFE) и винилиденфторида (VF), содержащий 29 % TFE и 71 % звеньев VF. Фторопласт Ф-42Л имеет температуру плавления 149 °C. Этот полимер используется для производства изделий методом литья под давлением.
В данной работе он используется в качестве окислителя алюминия и его оксида и связующего для частиц композиции.
Предварительная подготовка компонентов включала вакуумную сушку при температуре не ниже 80 °С до постоянной массы. В качестве жидкой дисперсной среды выбран ацетон - инертная по отношению к смешиваемым порошкам жидкость и растворитель для фторполимера. Концентрация Ф-42Л в растворе была постоянной при изготовлении всех нанотермитных смесей и равной 0,63 %. Изготовление композитов производили способом ультразвуковой обработки по методу, описанному авторами [18]. Ультразвуковая обработка суспензии в стакане, помещённом в наполненную водой ультразвуковую ванну ПСБ 1335-05 (производства ООО «ПСБ-Галс», Россия; выходная мощность генератора колебаний 50 Вт, рабочая частота ультразвуковых преобразователей 35 кГц,) с одновременным перемешиванием фторопластовым шпателем в течение 30 минут.
Взрывчатые свойства оценивались по методу авторов [29], заключающемуся в определении «относительной силы взрыва» W, равной отношению максимальной амплитуды сигнала тензометрического датчика, на контактной площадке которого инициировали от 15 до 50 мг исследуемого состава, к амплитуде сигнала, полученного при инициировании контрольной смеси аналогичной массы (среднее значение из 3-8 опытов). В качестве контрольной, относительная сила взрыва которой принята за 100 %, выступала смесь нанопорошков А1 и М0О3 в соотношении 40/60, соответствующей массы навески (от 15 до 50 мг). Следует добавить, что для оценки W смесей А1/М0О3 от массы навески принимается за 100 % минимальная навеска (от 15 мг).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Кинетические особенности процесса взрывчатого превращения нанотермитных композитов могут быть представлены в виде высокопористых смесей гетерогенных компонентов [18]. Высокопористые системы характеризуются конвективным механизмом взрывного
превращения, фронт которого представляет собой совокупность газовых «струй», прорывающихся в объём образца через поровые каналы. В исследованиях [18, 30] одиночная пора рассматривается как трубка, стенки которой изготовлены из реакционноспособного материала. Для горящей поры различают три области: зону фильтрации, предшествующую фронту горения, за которой следует зона воспламенения, ограниченная, с другой стороны, зоной дожигания [30]. Скорость распространения реакции по конвективному механизму определяется процессами в зоне воспламенения, при этом показана прямая связь между скоростью и образованием газа в этой области [18].
Экспериментальным подтверждением конвективного механизма взрывчатого превращения смеси А1/М0О3 является значительный разброс экспериментальных данных (рис. 1-1). Увеличение массы образца от 15 до 45 мг повышает W приблизительно в три раза, но воспроизводимость в параллельном эксперименте значительно ухудшилась. Это может быть связано с тем, что плотность неоднородна в объёме образца, что, в свою очередь, определяет неравномерные размеры пор и их распределение. Добавление различных полимерных связующих может стабилизировать процесс взрывчатого превращения и улучшить воспроизводимость экспериментальных данных (рис. 1).
а в
ы р
з в а л
я а н ь л е
с о н
290 265 240 215 190 165 140 115 90 65 40
Г ) °^
чл О О
<2 £
Ъ д
о 0. И 2
□
^ 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Масса, мг
Рисунок 1 - Зависимость относительной силы взрыва Al/MoOзот массы образца: 1) нанотермит А1/М0О3; 2) с добавкой 5% фторполимера Ф-42Л; 3) стехиометрическая смесь Al/MoOз/Ф-42Л
Добавление 5 % фторполимерного связующего к нанотермиту (2) в стехиометриче-ском соотношении А1/М0О3 привело к увеличению массы образца до 30 мг (в два раза), что эквивалентно значению W для чистого нанотермита. Напротив, увеличение объёма газообразных продуктов путём добавления фторполимера не привело к ожидаемому увеличению относительной силы взрыва. Это объясняется тем, что частицы смешанных компонентов покрыты полимерной плёнкой, как показано в [30]. Тем не менее, фтор-полимер значительно превосходит по газопроизводительности термит (таб. 1), но эффективная фильтрация газа в порах образца не обеспечивается. В связи с этим проведено исследование зависимости W от массы навески нанокомпозита Al/MoOз/Ф-42Л, представляющего собой смесь двойных стехио-метрических систем Al/MoOз и Al/Ф-42Л (3) из
расчёта, что содержание полимерного связующего составляет 5 %.
Из рисунка 1 (3) следует, что W увеличивается на 30-40 %, когда масса образца изменяется от 15 до 40 мг, по сравнению со смесью, содержащей 5% Ф-42Л (2), с одновременным улучшением воспроизводимости экспериментальных данных.
Таким образом, сравнительный анализ соотношений (рис. 1) показывает, что определяющей химической реакцией взрывного превращения нанокомпозита А1/М0О3, покрытого фторполимерным связующим Ф-42Л, является экзотермическая реакция между алюминием и фторполимером. При этом скорость химического взаимодействия является также определяющей при взрывном превращении, несмотря на то, что фтор является более эффективным окислителем алюминия и его оксида, в отличие от кислорода. Кроме
1
3
того, полученные результаты хорошо коррелируют с работами других авторов [18].
В то же время применяемый экспериментальный подход для определения относительной силы взрыва нанотермитов может быть экспресс-методом сравнения любых добавок к композиции. Эта методология позволяет значительно ускорить исследования и разработку нано-термитных смесей практического применения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследовано влияние фторполимерного связующего Ф-42Л на взрывчатые характеристики нанокомпозита Al/МоОз. Показано, что добавка фторопласта снижает силу взрыва. При этом установлено, что определяющей химической реакцией при конвективном взрывчатом разложении является экзотермическая реакция алюминия с фторопластом. Полученные результаты коррелируются с литературными данными.
Работа выполнена в рамках проекта № 121061500029-7 при использовании приборной базы Бийского регионального центра коллективного пользования СО РАН (ИПХЭТ СО РАН, Бийск, Россия).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Громов, А.А. Горение нанопорошков металлов / А.А. Громов, Т.А. Хабас А.П. Ильин. -Томск : Дельтаплан, 2008. - 382 с.
2. Гусейнов, Ш.Л. Нанопорошки алюминия, бора, боридов алюминия и кремния в высокоэнергетических материалах / Ш.Л. Гусейнов. - Москва : ТОРУСПРЕСС, 2015. - 256 с.
3. Kim, S. [et al.]. Burning structures and propagation mechanisms of nanothermites / S. Kim [et al.] // Proceedings of the Combustion Institute. - 2022.
4. Rossi, C. Nanoenergetic Materials for MEMS: A Review / C. Rossi [et al.] // Journal of Microelectro-mechanical Systems. - 2007. - Vol. 16. - № 4. -P. 919-931.
5. Yu, C. Aluminum/lead tetroxide nanothermites for semiconductor bridge applications / C. Yu [et al.] // Chemical Engineering Journal. - 2023. - Vol. 451. -P. 138614.
6. Шидловский, А.А. Основы пиротехники: учеб. пособие ; изд. 2, перераб. / А.А. Шидловский. -Москва : Государственное издательство оборонной промышленности, 1954. - 284 с.
7. Yang, H. Underwater self-sustaining combustion and micro-propulsion properties of Al@FAS-17/PTFE-based direct-writing nanothermite / H. Yang [et al.] // Chemical Engineering Journal. - 2023. -Vol. 451. - P. 138720.
8. Фролов, Ю.В. Наноразмерные компоненты в энергетических метериалах: плюсы и минусы / Ю.В. Фролов // Горение и взрыв. - 2009. - № 2. -С. 171-172.
9. Piercey, D.G. Nanoscale Aluminum - Metal Oxide (Thermite) Reactions for Application in Energetic Materials / D.G. Piercey, T.M. Klapoetke // Central European Journal of Energetic Materials. - 2010. -Vol. 7. - № 2. - P. 115-129.
10. Cheng, J. Doping of Al/CuO with microwave absorbing Ti3C2 MXene for improved ignition and combustion performance / J. Cheng [et al.] // Chemical Engineering Journal. - 2023. - Vol. 451. - P. 138375.
11. Nicollet, A. Fast circuit breaker based on integration of Al/CuO nanothermites / A. Nicollet // Sens Actuators A Phys. - 2018. - Vol. 273. - P. 249-255.
12. Egorshev, V.Y. Combustion of high-density CuO/Al nanothermites at elevated pressures / V.Y. Egorshev, V.P. Sinditskii, K.K. Yartsev // International Autumn Seminar on Propellants, Explosives and Pyrotechnics Chengdu, Sichuan Province. - China, September 24-27. - 2013. - P. 287-290.
13. Dolgoborodov, A.Y. Mechanically activated oxi-dizer-fuel energetic composites / A.Y. Dolgoborodov. -Combust Explos Shock Waves. - 2015. - № 1. -P. 102-116.
14. Luo, Q. Constant volume combustion properties of Al/Fe2O3/RDX nanocomposite: the effects of its particle size and chemical constituents / Q. Luo [et al.] // Combust Flame. - 2022. - Vol. 238. - P. 111938.
15. Kelly, D.G. Formation of Additive-Containing Nanothermites and Modifications to their Friction Sensitivity / D.G. Kelly [et al.] // Journal of Energetic Materials. - 2017. - Vol. 35. - № 3. - P. 331-345.
16. Weir, C. The role of aluminum particle size in electrostatic ignition sensitivity of composite energetic materials / C. Weir, M.L. Pantoya, M.A. Daniels // Combust Flame. - 2013. - Vol. 160. - № 10. -P. 2279-2281.
17. Steelman, R. Desensitizing nano powders to electrostatic discharge ignition / R. Steelman [et al.] // J Electrostat. - 2015. - Vol. 76. - P. 102-107.
18. Гордеев, В.В. Исследование свойств нанотермита Bi2O3/Al и композиций на его основе / В.В. Гордеев [и др.] // Южно-Сибирский вестник. -2018. - № 4. - С. 261-268.
19. Apperson, S.J. Characterization and MEMS applications of nanothermite materials / S.J. Apperson. - University of Missouri, Columbia, 2010.
20. Wang, H. Unzipping polymers significantly enhance energy flux of aluminized composites / H. Wang // Combust Flame. - 2022. - Vol. 244. - P. 112242.
21. Dombroski, D.M.B. Joining and welding with a nanothermite and exothermic bonding using reactive multi-nanolayers - A review / D.M.B. Dombroski [et al.] // J Manuf Process. - 2022. - Vol. 75. - P. 280-300.
22. Sevely, F. Developing a Highly Responsive Miniaturized Security Device Based on a Printed Copper Ammine Energetic Composite / F. Sevely [et al.] // SSRN Electronic Journal. - 2022.
23. Feng, S. Unraveling the adhesive properties, thermal stability, and initial diffusion mechanisms of Al/NiO nanothermites with various dominant surfaces: A first-principles study / S. Feng, W. Zhu // Appl Surf Sci. - 2022. - Vol. 603. - P. 154399.
24. Рогачев, А.С. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику /
А.С. Рогачев, А.С. Мукасьян. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2013 - 400 с.
25. Рогачев. А.С. Динамика структурных превращений в процессах безгазового горения : дисс. ... докт. / А.С. Рогачев. - Черноголовка : ИСМАН, 1994.
26. Филоненко, А.К. Газовыделения от примесей при безгазовом горении смесей переходных металлов с бором / А.К. Филоненко, В.И. Вершинников // Хим. физика. - 1984. - № 3. - С. 430-434.
27. Шкиро, В.М. Исследование закономерностей горения смесей тантала с углеродом / В.М. Шкиро, Г.А. Нерсинян, И.П. Боровинская // Физика горения и взрыва. - 1978. - № 33. - № 4. - С. 58-64.
28. Kecskes, L.J. Impurities in the Combustion Synthesis of Titanium Carbide / L.J. Kecskes, A. Niiler // Journal of the American Ceramic Society. - 1989. -Vol. 72. - № 4. - P. 655-661.
29. Гордеев, В.В. Определение предпочтительных параметров ультразвукового воздействия при изготовлении нанотермита Al/CuO / В.В. Гордеев, М.В. Казутин, Н.В. Козырев // ЮжноСибирский вестник. - 2017. - № 4. - С. 121-125.
30. Храповский, В.Е. О механизме конвективного горения пористых систем / В.Е. Храповский, А.А. Сулимов // Физика горения и взрыва. - 1988. -№ 2. - С. 39-44.
Информация об авторах
В. О. Попов - кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории химии азотсодержащих соединений, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки, Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), г. Бийск.
В. Н. Комов - аспирант, младший научный сотрудник лаборатории физико-химических основ создания энергетических конденсированных систем, Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), г. Бийск.
В. В. Малыхин - кандидат химических наук, заведующий лабораторией химии азотсодержащих соединений, Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), г. Бийск.
REFERENCES
1. Apperson, S.J. (2010). Characterization and MEMS applications of nanothermite materials [University of Missouri-Columbia]. https://doi.org/10.32469/ 10355/11999.
2 Cheng, J., Zhang, Z., Wang, Y., Li, F., Cao, J., Gozin, M., Ye, Y. & Shen, R. (2023). Doping of Al/CuO with microwave absorbing Ti3C2 MXene for improved ignition and combustion performance.
Chemical Engineering Journal, 451, 138375. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138375.
3 Dolgoborodov, A.Y. (2015). Mechanically activated oxidizer-fuel energetic composites. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 1, 102-116.
4. Dombroski, D.M.B., Wang, A., Wen, J.Z. & Alfano, M. (2022). Joining and welding with a nanothermite and exothermic bonding using reactive multi-nanolayers - A review. Journal of Manufacturing Processes, 75, 280-300. https://doi.org/10.1016/ j.jmapro.2021.12.056.
5. Egorshev, V.Y., Sinditskii, V.P. & Yartsev, K.K. (2013). Combustion of high-density CuO/Al nanothermites at elevated pressures. International Autumn Seminar on Propellants, Explosives and Pyrotechnics Chengdu, Sichuan Province, China, September 2427, 287-290.
6. Feng, S. & Zhu, W. (2022). Unraveling the adhesive properties, thermal stability, and initial diffusion mechanisms of Al/NiO nanothermites with various dominant surfaces: A first-principles study. Applied Surface Science, 603, 154399. https://doi.org/ 10.1016/j.apsusc.2022.154399.
7. Kecskes, L.J. & Niiler, A. (1989). Impurities in the Combustion Synthesis of Titanium Carbide. Journal of the American Ceramic Society, 72(4), 655-661. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1989.tb06190.x.
8. Kelly, D.G., Beland, P., Brousseau, P. & Petre, C.-F. (2017). Formation of Additive-Containing Nanothermites and Modifications to their Friction Sensitivity. Journal of Energetic Materials, 35(3), 331-345. https://doi.org/10.1080/07370652.2016.1193072.
9. Kim, S., Johns, A.A., Wen, J.Z. & Deng, S. (2022). Burning structures and propagation mechanisms of nanothermites. Proceedings of the Combustion Institute. https://doi.org/10.1016/j.proci.2022. 07.113.
10. Luo, Q., Liu, G., Zhu, M. & Jiang, X. (2022). Constant volume combustion properties of Al/Fe2O3/RDX nanocomposite: the effects of its particle size and chemical constituents. Combustion and Flame, 238, 111938. https://doi.org/10.1016/ j.combustflame. 2021.111938.
11. Nicollet, A., Salvagnac, L., Baijot, V., Es-tève, A. & Rossi, C. (2018). Fast circuit breaker based on integration of Al/CuO nanothermites. Sensors and Actuators A: Physical, 273, 249-255. https://doi.org/10.1016/j.sna.2018.02.044.
12. Piercey, D.G. & Klapoetke, T.M. (2010). Na-noscale Aluminum -Metal Oxide (Thermite) Reactions for Application in Energetic Materials. Central European Journal of Energetic Materials, 7(2), 115-129. https://www.researchgate.net/publication/267997933_ Nanoscale_Aluminum_-Metal_Oxide_Thermite_ Re-actions_for_Application_in_Energetic_Materials.
13. Rossi, C., Zhang, K., Esteve, D., Alphonse, P., Tailhades, P. & Vahlas, C. (2007). Nanoenergetic Materials for MEMS: A Review. Journal of Microelectromechanical Systems, 16(4), 919931. https://doi.org/10.1109/JMEMS.2007.893519.
14. Sevely, F., Wu, T., de Sousa, F.S.F., Segui-er, L., Brossa, V., Charlot, S., Esteve, A. & Rossi, C. (2022). Developing a Highly Responsive Miniaturized Security Device Based on a Printed Copper Ammine
Energetic Composite. SSRN Electronic Journal. https://doi.org/10.2139/ssrn.4123084.
15. Steelman, R., Clark, B., Pantoya, M.L., Heaps, R.J. & Daniels, M.A. (2015). Desensitizing nano powders to electrostatic discharge ignition. Journal of Electrostatics, 76, 102-107. https://doi.org/ 10.1016/ j.elstat.2015.05.008.
16. Wang, H., Wang, Y., Garg, M., Moore, J.S. & Zachariah, M.R. (2022). Unzipping polymers significantly enhance energy flux of aluminized composites. Combustion and Flame, 244, 112242. https://doi.org/ 10.1016/j.combustflame.2022.112242.
17. Weir, C., Pantoya, M.L. & Daniels, M.A. (2013). The role of aluminum particle size in electrostatic ignition sensitivity of composite energetic materials. Combustion and Flame, 160(10), 2279-2281. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2013.05.005.
18. Yang, H., Xu, C., Wang, W., Tang, P., Li, X., He, S., Bao, H., Man, S., Tang, D., Li, X., Yang, G. & Qiao, Z. (2023). Underwater self-sustaining combustion and micro-propulsion properties of Al@FAS-17/PTFE-based direct-writing nanothermite. Chemical Engineering Journal, 451, 138720. https://doi.org/ 10.1016/j.cej.2022.138720.
19. Yu, C., Zheng, Z., Gu, B., Chen, Y., Xu, J., Zhang, L., Shi, W., Wang, J., Song, C., Chen, J., Ma, K. & Zhang, W. (2023). Aluminum/lead tetroxide nano-thermites for semiconductor bridge applications. Chemical Engineering Journal, 451, 138614. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138614.
20. Gordeev, V.V., Kazutin, M.V. & Kozyrev, N.V. (2017). Determination of the preferred parameters of ultrasonic exposure in the manufacture of Al/CuO nanothermite. South Siberian Bulletin, 4, 121-125.
21. Gordeev, V.V., Kazutin, M.V., Kozyrev, N.V. & Komov, V.N. (2018). Investigation of the properties of Bi2O3/Al nanothermite and compositions based on it. South Siberian Bulletin, 4, 261-268.
22. Gromov, A.A., Khabas, T.A. & Ilyin, A.P. (2008). Combustionnanopowders metals. Edited by: A.A. Gromov. Hang glider.
23. Huseynov, S.L. (2015). Nanopowders of aluminum, boron, aluminum and silicon borides in high-energy materials. TORUS PRESS.
24. Rogachev, A.S. (1994). Dynamics of structural transformations in the processes of gas-free combustion. Doct. diss. ISMAN.
25. Rogachev, A.S. & Mukasyan, A.S. (2013). Gorenje for the synthesis of materials: introduction to structural macrokinetics. M.: FIZMATLIT, 2013-400 p. (A.S. Mukasyan, Ed.). FIZMATLIT.
26. Filonenko, A.K. & Vershinnikov, V.I. (1984). Gas emissions from impurities during gas-free gorenje mixtures of transition metals with boron. Chem. Physics, 3, 430-434.
27. Frolov, Yu.V. (2009). Nanoscale components in energy materials: pros and cons. Gorenjei Explosion, 2, 171-172.
28. Khrapovsky, V.E. & Sulimov, A.A. (1988). On the mechanism of convective combustion of porous systems. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 2, 39-44.
29. Shidlovskiy, A.A. (1954). Fundamentals of Pyrotechnics: a textbook (Ed.: 2nd edition). State Publishing House of the Automotive Industry.
30. Shkiro, V.M., Nersinyan, G.A. & Borovin-skaya, I.P. (1978). Investigation of the gorenje-ness of the combustion of mixtures of tantalum with carbon. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 33(4), 58-64.
Information about the authors
V. O. Popov - Candidate of Engineering Sciences, research assistant of the laboratory of chemistry of nitrogen-containing compounds, Institute for Problems of Chemical and Energetic Technologies of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (IPCET SB RAS).
V. V. Malykhin - Candidate of Chemical Sciences, head of laboratory of chemistry of nitrogen-containing compounds, Institute for Problems of Chemical and Energetic Technologies of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (IPCET SB RAS).
V. N. Komov - postgraduate, junior research assistant of the laboratory of Physico-chemical Bases of Energetic Condensed Systems, Institute for Problems of Chemical and Energetic Technologies of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (IPCET SB RAS).
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. The authors declare that there is no conflict of interest.
Статья поступила в редакцию 10.10.2022; одобрена после рецензирования 30.11.2022; принята к публикации 15.12.2022.
The article was received by the editorial board on 10 Oct 2022; approved after editing on 30 Nov 2022; accepted for publication on 15 Dec 2022.
