عملکرد احتراق چندین نانوذرات مبتنی بر نانوسیلیکون

نانوذرات مبتنی بر سیلیکون به دلیل خاصیت ترموشیمیایی خوب سیلیکون ، محتوای فعال بالا و پتانسیل اصلاح سطح از پتانسیل بسیار خوبی برخوردار هستند. ویژگی های احتراق چندین نانورژنتیک مبتنی بر سیلیکون با انجام محاسبات تعادل ، آزمایش های غربالگری اولیه و آزمایش لوله سوختگی ابزار مورد بررسی قرار گرفت. نتایج محاسبات تعادل فشار ثابت پیش بینی دمای احتراق آدیاباتیک و تولید گاز حجمی نشان داده شده است و مکانیسم هایی که این نتایج را تولید می کنند مورد بحث قرار می گیرد. برای 14 مورد از 19 سیستم Si/اکسید کننده مورد مطالعه ، مانند سیستم های Si/Perchlorate ، حداکثر دمای احتراق آدیاباتیک پیش بینی شده در حدود 3000 K. برای مواد در نظر گرفته شده بالاترین دمای احتراق پیش بینی شده برای سیستم Si/Polytetrafluoroethylene در 3531 K است ، در حالی که در عین حال ، در حالی که در 3531 K است ، در حالی که در حالی که سیستم Si/Polytetrafluoroethylene در 3531 K است ، در حالی کهپیش بینی می شود سیستم های اکسید Si/فلز دارای دمای احتراق آدیاباتیک از 2282 تا 2978 K. تفکیک SIO 2 به SIO برای محدود کردن دمای احتراق آدیاباتیک پیش بینی شده باشد. حداکثر نظری تولید گاز کامپوزیت های واکنشی Si از 350 تا 6500 سانتی متر 3 گرم ، با Si / NH 4 CLO 4 بیشترین گاز و Si / Fe 2 O 3 را تولید می کند. بر اساس تست های غربالگری اولیه ، سیستم های نانوذرات Si / NaClo 4 · H 2 O ، Si / Kmno 4 ، Si / NH 4 Clo 4 و Si / گوگرد برای آزمایش لوله های سوختگی پودر شل با استفاده از نانوذرات SI انتخاب شدند. از کامپوزیت های واکنشی مورد مطالعه ، Si / NH 4 CLO 4 سریعترین میزان سوزاندن لوله پودر شل را که حدود 530 متر بر ثانیه بود ، به همراه داشت.

منابع

[1] Koch E.-C. و Clément D. ، "مواد ویژه در پیروتکنیک: vi. سیلیکون - سوخت قدیمی با دیدگاه های جدید ، "پروانه ها ، مواد منفجره ، پیروتکنیک ، جلد. 32 ، شماره 3 ، 2007 ، صص 205–212. doi: https: //doi. org/10. 1002/prep. 200700021 Pepyd5 0721-3115 CrossRefGoogle Scholar

[2] Morita M. ، Ohmi T. ، Hasegawa E. ، Kawakami M. and Ohwada M. ، "رشد اکسید بومی در سطح سیلیکون" ، مجله فیزیک کاربردی ، جلد. 68 ، شماره 3 ، 1990 ، صص 1272–1281. doi: https: //doi. org/10. 1063/1. 347181 Japiau 0021-8979 CrossRefGoogle Scholar

[3] Risha G. A. ، Son S. F. ، Yetter R. A. ، Yang V. و Tappan B. C. ، "احتراق نانو آلومینیوم و آب مایع" ، مجموعه مقالات موسسه احتراق ، جلد. 31 ، شماره 2 ، 2007 ، صص 2029-2036. doi: https: //doi. org/10. 1016/j. proci. 2006. 08. 056 1540-7489 CrossRefGoogle Scholar

[4] Yarrington C. D. ، Son S. F. and Foley T. J. ، "احتراق Silicon/Teflon/Viton و آلومینیوم/تفلون/ویتون پر انرژی ،" مجله پیشران و قدرت ، جلد. 26 ، شماره 4 ، 2010 ، صص 734-743. doi: https: //doi. org/10. 2514/1. 46182 jppoel 0748-4658 LinkGoogle Scholar

[5] Wayner D. D. M. و Wolkow R. A. ، "اصلاح آلی سطوح سیلیکون خاتمه یافته هیدروژن" ، مجله انجمن شیمیایی: معاملات Perkin 2 ، شماره 1 ، 2002 ، صص 23-34. گوگل دانشکده

[6] Churaman W. ، Currano L. and Becker C. ، "شروع و تنظیم واکنش سیلیکون پرانرژی نانوذرات" ، مجله فیزیک و شیمی مواد جامد ، جلد. 71 ، شماره 2 ، 2010 ، صص 69-74. doi: https: //doi. org/10. 1016/j. jpcs. 2009. 07. 022 0022-3697 CrossRefGoogle Scholar

[7] McCord P. ، Yau S. L. و Bard A. J. ، "شیمی درمانی سیلیکون آنودایز شده و اچ: شواهدی برای یک لایه شبیه به سیلوکسن درخشان بر روی سیلیکون متخلخل ،" Science ، Vol. 257 ، شماره 5066 ، 1992 ، صص 68-69. doi: https: //doi. org/10. 1126/science. 257. 5066. 68 Scieas 0036-8075 CrossRefGoogle Scholar

[8] Kovalev D. ، Timoshenko V. Y. ، Kunzner N. ، Gross E. و Koch F. ، "تعامل انفجاری قوی سیلیکون متخلخل هیدروژنه با اکسیژن در دمای کرایوژنیک ،" حروف بررسی فیزیکی ، جلد. 87 ، شماره 6 ، 2001 ، صص 068301-1-068301-4. doi: https: //doi. org/10. 1103/physrevlett. 87. 068301 Prltao 0031-9007 CrossRefGoogle Scholar

[9] Mikulec F. V. ، Kirtland J. D. و Sailor M. J. ، "سیلیکون متخلخل نانوکریستالی انفجاری و استفاده از آن در طیف سنجی انتشار اتمی ،" Advanced Material ، Vol. 14 ، شماره 1 ، 2002 ، صص 38-41. doi: https: //doi. org/10. 1002/ (ISSN) 1521-4095 Advmew 0935-9648 CrossRefGoogle Scholar

[10] Becker C. R. ، Apperson S. ، Morris C. J. ، Gangopadhyay S. ، Currano L. J. ، Churaman W. A. and Stoldt C. R. ، "کامپوزیت های سیلیکون متخلخل گالوانیک برای نانورژنتیک های با سرعت بالا ،" Nano Letters ، جلد. 11 ، شماره 2 ، 2011 ، صص 803-807. doi: https: //doi. org/10. 1021/nl104115u nalefd 1530-6984 CrossRefGoogle Scholar

[11] Clément D. ، Diener J. ، Gross E. ، Kunzner N. ، Timoshenko V. Y. and Kovalev D. ، "مواد کامپوزیت مبتنی بر نانوسیلیکون بسیار انفجاری" ، وضعیت فیزیک سولید A: برنامه های کاربردی و مواد ، جلد. 202 ، شماره 8 ، 2005 ، صص 1357–1364. doi: https: //doi. org/10. 1002/pssa. 200461102 1862-6300 CrossRefGoogle Scholar

[12] Currano L.، Churaman W. و Becker C.، "Nanoporous Silicon as a Bulk Energetic Material," Sensors State Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference 2009. TRANSDUCERS 2009. International, IEEE, Piscataway, N20092172-2175. Google Scholar

[13] du Plessis M. , "Investiating Nanoporous Silicon Explosive Devices," Physica Status Solidi C, Vol. 6، شماره 7، 2009، صفحات 1763-1768. doi:https://doi. org/10. 1002/pssc. v6:7 PSSCGL 1610-1634 CrossrefGoogle Scholar

[14] Rugunanan R. A. و Brown M. E. " احتراق دوتایی و سه‌گانه سیلیکون/سیستم‌های پیروتکنیک اکسیدان، بخش اول: سیستم‌های دوتایی با Fe 2 O 3 و SnO 2 به‌عنوان اکسیدان، " علم و فناوری احتراق، جلد. 95، شماره 1، 1994، صص 61-83. CBSTB9 0010-2202 CrossrefGoogle Scholar

[15] Rugunanan R. A. and Brown M. E. "Combustion of Binary and Trinary Silicon/Oxidant Pyrotechnic Systems, Part II: Binary Systems with Sb 2 O 3 and KNO 3 as Oxidants ", Combustion Science and Technology , Vol. 95، شماره 1، 1994، صص 85-99. CBSTB9 0010-2202 CrossrefGoogle Scholar

[16] Rugunanan R. A. و Brown M. E. " احتراق دوتایی و سه‌گانه سیلیکون/سیستم‌های پیروتکنیک اکسیدان، بخش سوم: سیستم‌های سه‌گانه،" علم و فناوری احتراق، جلد. 95، شماره 1، 1994، صص 101-115. CBSTB9 0010-2202 Google Scholar

[17] Rugunanan R. A. و Brown M. E.، " احتراق سیستم های پیروتکنیک سیلیکون باینری و سه تایی / اکسیدان، بخش چهارم: جنبه های جنبشی "، علم و فناوری احتراق، جلد. 95، شماره 1، 1994، صص 117-138. CBSTB9 0010-2202 Google Scholar

[18] چورامان دبلیو، کورانو ال.، دوبی ام و بکر سی، «ساخت و مشخصه‌سازی سیلیکون انرژی‌زای نانومتخلخل»، بیست و ششمین کنفرانس علمی ارتش: علم و فناوری ارتش تحول‌آفرین (S& T) - مهار S& T مخرب برای سرباز، دفتر دستیار وزیر ارتش (اکتساب، لجستیک و فناوری)، شماره دسترسی ADA505742، Orlando، FL، 2008. Google Scholar

[19] Plummer A., Kuznetsov V., Joyner T., Shapter J. and Voelcker N. H., “The Burning Rate of Energetic Films of Nanostructured Porous Silicon,” Small , Vol. 7، شماره 23، 2011، صفحات 3392-3398. doi:https://doi. org/10. 1002/smll. 201101087 1613-6829 CrossrefGoogle Scholar

[20] Subramanian S.، Tiegs T. and Limaye S.، "مواد انرژی بر پایه سیلیکون نانومتخلخل"، بیست و ششمین کنفرانس علمی ارتش: علم و فناوری ارتش تحول آفرین (S& T) - مهار S& T مخرب برای سرباز، دفتر معاون وزیرارتش (اکتساب، لجستیک و فناوری)، شماره دسترسی ADA506071، اورلاندو، FL، 2008. Google Scholar

[21] Thiruvengadathan R.، Belarde G. M.، Bezmelnitsyn A.، Shub M.، Balas-Hummers W.، Gangopadhyay K. و Gangopadhyay S.، "ویژگی های احتراق در سیلیکون-سیلیسیوم نانوانرژی تشعشع شده، فرمولاسیون های الکترواستاتیکی دوباره احیا شده". مواد منفجره، پیروتکنیک، جلد. 37، شماره 3، 2012، صفحات 359-372. doi:https://doi. org/10. 1002/prep. v37. 3 PEPYD5 0721-3115 CrossrefGoogle Scholar

[22] Fried L. E.، Glaesemann K. R.، Howard W. M.، Souers P. C. and Vitello P. A.، CHEETAH 4. 0، Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA، 2004. Google Scholar

[23] Hobbs M. L.، Baer M. R. and McGee B. C.، "JCZS: An Intermolecular Potential Database for Performing Accurate Detonation and Expansion Calculations," Propellants, Explosives, Pyrotechnics, Vol. 24، شماره 5، 1999، صفحات 269-279. doi:https://doi. org/10. 1002/(SICI)1521-4087(199910)24:53. 0. CO; 2-4 PEPYD5 0721-3115 CrossrefGoogle Scholar

[24] Sippel T. R.، Son S. F.، Risha G. A. and Yetter R. A.، "احتراق و خصوصیات نانومقیاس آلومینیوم و پیشرانه های یخی"، چهل و چهارمین کنفرانس و نمایشگاه پیشرانه مشترک AIAA/ASME/SAE/ASEE، AI2008 Paper 0. 20085-0. LinkGoogle Scholar

[25] Sanders V. E.، Asay B. W.، Foley T. J.، Tappan B. C.، Pacheco A. N. و Son S. F.، "واکنش انتشار چهار کامپوزیت انرژی‌زا در مقیاس نانو (Al/MoO3، Al/WO3، و Bio2O)مجله نیروی محرکه و نیرو، جلد. 23، شماره 4، 2007، صفحات 707-714. doi:https://doi. org/10. 2514/1. 26089 JPPOEL 0748-4658 LinkGoogle Scholar

[26] Bockmon B. S.، Pantoya M. L.، Son S. F.، Asay B. W. and Mang J. T.، "سرعت احتراق و مکانیسم های انتشار کامپوزیت های بینابینی ناپایدار،" Journal of Applied Physics, Vol. 98، شماره 6، 2005، مقاله 064903. doi:https://doi. org/10. 1063/1. 2058175 JAPIAU 0021-8979 CrossrefGoogle Scholar

[27] Plantier K. B.، Pantoya M. L. and Gash A. E.، “Combustion Wave Speeds of Nanocomposite Al / Fe 2 O 3 : The Effects of Fe 2 O 3 Particle Synthesis Technique , “ Combustion and Flame , Vol. 140، شماره 4، 2005، صفحات 299-309. doi:https://doi. org/10. 1016/j. combustflame. 2004. 10. 009 CBFMAO 0010-2180 CrossrefGoogle Scholar

[28] Watson K. W.، Pantoya M. L. and Levitas V. I.، "واکنش های سریع با آلومینیوم نانو و میکرومتری: مطالعه ای در مورد اکسیداسیون در مقابل فلوئوراسیون"، احتراق و شعله، جلد. 155، شماره 4، 2008، صفحات 619-634. doi:https://doi. org/10. 1016/j. combustflame. 2008. 06. 003 CBFMAO 0010-2180 CrossrefGoogle Scholar

[29] Dutro G. M.، Yetter R. A.، Risha G. A. و Son S. F.، "اثر استوکیومتری بر رفتار احتراق یک ترمیت Al/MoO 3 نانومقیاس"، مجموعه مقالات موسسه احتراق، جلد. 32، شماره 2، 2009، صفحات 1921-1928. 1540-7489 CrossrefGoogle Scholar

[30] Yarrington C. D.، Obrey S. J.، Foley T. J. and Son S. F.، "Instrumented Burn Tube: Experimental Observations and Analysis of Data"، چهل و هشتمین نشست علوم هوافضای AIAA شامل New Horizons Forum و Aerospace FL00, Orlando-FL 0, Orlandoper, Orlando337 , 2010 . Google Scholar

[31] Glassman I. and Yetter R. A., Combustion, Academic Press, New York, 2008, pp. 495-496. CrossrefGoogle Scholar

[32] du Plessis M., “Properties of Poous Silicon Nano-Eplosive Devices,” Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 135، شماره 2، 2007، صفحات 666-674. doi:https://doi. org/10. 1016/j. sna. 2006. 10. 012 SAAPEB 0924-4247 CrossrefGoogle Scholar

[33] Moore J. J. and Feng H. J. "Synthesis Combustion of Advanced Materials Part I: Reaction Parameters," Progress in Materials Science, Vol. 39، شماره 4-5، 1995، صفحات 243-273. PRMSAQ 0079-6425 CrossrefGoogle Scholar

[34] Wang L. L.، Munir Z. A. and Maximov Y. M.، "واکنش های ترمیت: استفاده از آنها در سنتز و پردازش مواد"، مجله علوم مواد، جلد. 28، شماره 14، 1993، صفحات 3693-3708. doi:https://doi. org/10. 1007/BF00353167 JMTSAS 0022-2461 CrossrefGoogle Scholar

[35] Wallis G. B., One-Dimensional Two-Phase Flow, McGraw–Hill, New York, 1969, pp. 16-25, 140-145. Google Scholar

[36] Weismiller M. R.، Malchi J. Y.، Yetter R. A. and Foley T. J.، "وابستگی انتشار شعله به فشار و گاز تحت فشار برای ترمیت نانومقیاس Al/CuO"، مجموعه مقالات موسسه احتراق، جلد. 32، شماره 2، 2009، صفحات 1895-1903. 1540-7489 CrossrefGoogle Scholar

[37] Shaw B. D.، Pantoya M. L. and Dikici B.، "Models Detonation of Fast Combustion Waves in Nanoscale Al-MoO 3 Bulk Powder Media"، Combustion Theory and Modeling، جلد. 17، شماره 1، 2013، صفحات 25-39. CrossrefGoogle Scholar