Hoe de Controle van Thermite Vuurwerk met 3D Printing

How To Control Thermite Pyrotechnics with 3D Printing

Thermites zijn een klasse van materialen bekend voor het produceren van schitterende pyrotechnische in de middelbare school scheikunde lessen, en ze worden gebruikt in alle soorten van real-world applicaties. Maar deze reacties zijn erg onvoorspelbaar, het vrijgeven van een heleboel energie tegen wil en dank. Wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) heb bedacht hoe het gebruik van 3D-printing uit te oefenen meer controle over dergelijke materialen, het beschrijven van hun werk in een nieuw papier in de Geavanceerde Materialen.

“De grote boodschap hier is dat we het tonen van 3D-printing kunnen gebruikt worden om het dynamische gedrag van materialen,” hoofdauteur Kyle Sullivan zei in een verklaring. “Het is een zeer veelbelovende vooruit te komen.”

Terug in 1893, een duitse chemicus genaamd Hans Goldschmidt was op zoek naar manieren om zeer zuivere metalen. Dat is wanneer hij vond dat het combineren van, zeg, ijzeroxide en aluminium geeft aanleiding tot zeer gelokaliseerde warmte (een zogenaamde exotherme reactie) — drie keer heter dan gesmolten lava. Het is meer algemeen bekend als de thermite reaction en Goldschmidt hield de eerste octrooien, toegekend in 1895. De populaire wetenschap klasse versie van het experiment gebruikt vandaag hellingen voor meer eye-popping vuurwerk:

Goldschmidt ‘ s ontdekking bleek vooral nuttig voor het lassen samen de tracks voor een tram in de stad Essen in 1899. Het is nog steeds gebruikt in thermisch lassen van rails, het repareren van de as-frames van locomotieven in situ, en metal refining, omdat er geen noodzaak voor een veel ingewikkelder zware apparatuur. Alleen de intense hitte, geproduceerd door de thermite reaction op welke plek moet lassen en voila!

Gesponsord

Deze dagen is er een hele klasse van reactieve composiet materialen, gevonden in de auto airbags, ejector zitplaatsen, en vuurwerk. Het AMERIKAANSE leger is in het bijzonder geïnteresseerd in deze materialen, omdat ze in wezen composieten van twee nonexplosive vaste stoffen die niet chemisch reageren totdat ze “gestimuleerd” op een bepaalde manier — door het aansteken van een lont, het toedienen van een elektrische schok, zappen ze met een laser, of gewoon door ze onder grote druk staan. Dan krijg je een explosie van energie. Dus wapens met behulp van deze soorten materialen — kleine bommen en handgranaten, bijvoorbeeld berokkenen veel meer schade. (Brandbommen gemaakt met thermite waren populair bij de zowel de duitse als de Geallieerde strijdkrachten tijdens de tweede Wereldoorlog.)

How To Control Thermite Pyrotechnics with 3D Printing

In het verleden, hebben wetenschappers geprobeerd uit te oefenen meer controle over het gedrag van thermite door het veranderen van de chemische formulering, of het gebruiken van kleinere deeltjes. De LLNL onderzoekers vonden ze kunnen veel meer bereiken door controle door het creëren van reactief materiaal architecturen (rma ‘ s) vanuit het niets, met behulp van de directe inkt schrijven.

Eerst worden ze gebruikt dat 3D-printing proces te maken van geleidende elektroden georganiseerd in een bepaalde geometrie, en vervolgens bedekt het oppervlak met een film gemaakt van kleine thermite nanodeeltjes. “Traditionele thermites zijn willekeurig mengsels van materialen,” LLNL materialen wetenschapper Eric Duoss zei in het persbericht. De coating proces laat ze op maat van de exacte mix en hoeveelheid van de gebruikte materialen is tot aan de nanoschaal.

De LLNL onderzoekers vonden ze controle hadden over de vrijlating van energie veel beter gewoon door het wijzigen van de geometrie van de micro-architectuur. Ze experimenteerde met verschillende architecturen — flats, hindernissen en kanalen — en zal volgende test uit hun methode met meer ingewikkelde structuren zoals afrasteringen.

Referentie:

Sullivan, Kyle T. et al. (2015) “het Regelen van materiaal reactiviteit met behulp van de architectuur,”Geavanceerde Materialen. Online gepubliceerd 16 December 2015.

[Via Het Lawrence Livermore National Laboratory]

Afbeeldingen: Julie Russell/Eric Duoss, LLNL.


Date:

by