來自美國陸軍和頂尖大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新方法，通過點(diǎn)燃涂有氧化石墨烯的鋁微米粉末，從戰(zhàn)場系統(tǒng)中常見的含鋁能源材料中獲取更多能量。

這一發(fā)現(xiàn)與陸軍的現(xiàn)代化優(yōu)先事項(xiàng)之一相吻合：長距離精確射擊。這項(xiàng)研究可以提高金屬粉末作為陸軍彈藥中推進(jìn)劑/爆炸成分的能量性能。

作為奇跡材料，石墨烯被認(rèn)為是世界上最強(qiáng)大，最輕的材料。它也是最具導(dǎo)電性和透明性，并且生產(chǎn)成本高。它的應(yīng)用很多，通過啟用觸摸屏筆記本電腦，例如發(fā)光二極管或LCD，或有機(jī)發(fā)光二極管，或OLED顯示器和DNA測序等醫(yī)學(xué)，擴(kuò)展到電子產(chǎn)品。通過氧化石墨可以更便宜地生產(chǎn)。結(jié)果：氧化石墨烯(GO)。

盡管GO是一種受歡迎的二維材料，引起了眾多學(xué)科和材料應(yīng)用的濃厚興趣，但這一發(fā)現(xiàn)將GO作為一種有效的輕質(zhì)添加劑，用于使用微米級鋁粉(μAl)即鋁顆粒的實(shí)際能量應(yīng)用。百萬分之一米的直徑。

研究小組在RDECOM研究實(shí)驗(yàn)室，陸軍企業(yè)研究實(shí)驗(yàn)室(ARL)，斯坦福大學(xué)，南加州大學(xué)，麻省理工學(xué)院和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的合作下，在10月份的ACS Nano上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

這項(xiàng)新發(fā)表的工作標(biāo)志著ARL開始在功能化粒子的開發(fā)作為Drs領(lǐng)導(dǎo)的幾個新杠桿計劃下的新能量學(xué)。Chi-Chin Wu和Jennifer Gottfried。ARL正在與田納西大學(xué)，德克薩斯理工大學(xué)，新澤西州Picatinny的陸軍研究，開發(fā)和工程中心以及空軍研究實(shí)驗(yàn)室共同開展科學(xué)合作，建立一個新的研究途徑，以開發(fā)出優(yōu)質(zhì)的新型金屬推進(jìn)劑/炸藥成分。為陸軍作戰(zhàn)人員保護(hù)更多生命。

“由于鋁(Al)理論上可以釋放大量的熱量(每克多達(dá)31千焦)，并且由于其天然豐度而相對便宜，因此μAlpowders已被廣泛用于能量應(yīng)用，”吳說。然而，由于光吸收差，它們很難被光學(xué)閃光燈點(diǎn)燃。為了改善點(diǎn)火過程中αAl的光吸收，它經(jīng)常與重金屬氧化物混合，這會降低能量性能，“Wu說。

納米級鋁粉(即直徑十億分之一米)可以通過廣域光學(xué)閃光燈更容易點(diǎn)燃，以比使用熱線等常規(guī)單點(diǎn)方法更快的速度釋放熱量點(diǎn)火。不幸的是，納米尺寸的Al粉末非常昂貴。

該團(tuán)隊通過斯坦福大學(xué)鄭曉林教授領(lǐng)導(dǎo)并由ARL的Chi-Chin Wu博士和Jennifer Gottfried博士的支持，展示了μAl/ GO復(fù)合材料作為潛在推進(jìn)劑/爆炸成分的價值。這項(xiàng)研究表明，GO可以通過光學(xué)閃光燈有效點(diǎn)燃μAl，以更快的速度釋放更多的能量 - 從而顯著提高μA1的能量性能，超過更昂貴的納米級Al粉末。該團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)，通過改變GO含量可以控制μAl粉末的點(diǎn)火和燃燒，從而實(shí)現(xiàn)所需的能量輸出。

顯示μAl/ GO復(fù)合粒子結(jié)構(gòu)的圖像是通過高分辨率透射電子(TEM)顯微鏡獲得的，Wu是一位材料研究員，他領(lǐng)導(dǎo)了武器和材料研究的致死性材料研究部的能量材料科學(xué)分子的等離子體研究。 ARL董事會。“通過TEM等先進(jìn)的顯微鏡觀察，我們很高興看到如何使用簡單的機(jī)械混合工藝將μAl顆粒很好地包裹在GO片材中，”Wu說。

除了斯坦福集團(tuán)對μAl/ GO復(fù)合材料的光學(xué)閃光燈加熱的增強(qiáng)燃燒效果之外，ARL的物理科學(xué)家Gottfried證明了GO在微秒時間尺度上增加了μAl反應(yīng)的量，即百萬分之一第二種 - 類似于在爆炸事件中釋放爆炸能量的制度。在使用來自高能材料(LASEM)的激光誘導(dǎo)空氣沖擊技術(shù)的脈沖激光啟動μAl/ GO復(fù)合材料時，μAl/ GO的放熱反應(yīng)加速了激光誘導(dǎo)的激光沖擊速度超過純μAl或純GO。根據(jù)戈特弗里德的說法，“μAl/ GO復(fù)合材料因此有可能增加軍用配方的爆炸力，同時增強(qiáng)燃燒或爆炸效果。”