Thermites är en klass av material som är känd för att producera bländande pyrotekniska visar i high school kemi-klasser, och de används i alla typer av verkliga applikationer. Men dessa reaktioner är väldigt oförutsägbar, släppa en hel del energi hela willy-nilly. Forskare vid Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har listat ut hur man använder 3D-utskrifter för att utöva mer exakt kontroll över sådant material, som beskriver sitt arbete på ett nytt papper i Avancerade Material.
“Det viktiga budskapet här är att vi visar 3D-utskrifter kan användas för att ändra den dynamiska beteende material,” lead author Kyle Sullivan sade i ett uttalande. “Det är en mycket lovande gå framåt.”
Tillbaka 1893, en tysk kemist vid namn Hans Goldschmidt var att leta efter nya sätt att göra mycket rena metaller. Det är när han fann att en kombination av, säg, järnoxid och aluminium ger upphov till mycket lokal värme (en så kallad exoterm reaktion) — tre gånger hetare än lava. Det är mer allmänt känd som termit reaktion, och Goldschmidt hölls den första patent, som tilldelas 1895. Den populära science klass version av experimentet används idag ramper upp för mer häpnadsväckande pyrotekniska artiklar:
Goldschmidt ‘ s discovery visat sig vara särskilt användbar för svetsning tillsammans spår för en spårvagn i staden Essen 1899. Det är fortfarande används av den termiska svetsning av järnvägsspår, reparera axeln bilder på lok på plats, och raffinering av metall, eftersom det finns ingen anledning för en mycket komplicerad tung utrustning. Bara fokusera den intensiva värmen som produceras av termit reaktion på vilken plats behov av svetsning och voila!
Sponsrade
Dessa dagar finns det en hel klass av reaktiv komposit material, som finns i bilen krockkuddar, ejektor platser, och fyrverkerier. Den AMERIKANSKA militären är särskilt intresserad av sådant material, eftersom de är i huvudsak en sammansättning av två nonexplosive fasta ämnen som inte reagerar kemiskt tills de är “stimuleras” på något sätt — genom att tända en säkring, som administrerar en elektrisk stöt, zappa dem med laser, eller bara sätta dem under intensiv press. Då får du en explosiv frisättning av energi. Så vapen med hjälp av dessa typer av material — små bomber och handgranater, kan till exempel orsaka en hel del skada. (Brandbomber gjort med termit var populärt med både tyska och Allierade styrkorna under andra Världskriget.)
Tidigare har forskare försökt att utöva kontroll över beteendet av termit genom att ändra den kemiska sammansättning, eller med mindre partiklar. Den LLNL fann forskarna att de skulle kunna uppnå mycket mer kontroll genom att skapa en reaktiv material arkitekturer (RMAs) från grunden, med hjälp av direkta bläck att skriva.
De första används för att 3D-printning processen för att göra ledande elektroder som är organiserade i en viss geometri, och sedan belagda ytan med en film som består av små termit nanopartiklar. “Traditionella thermites är slumpmässiga blandningar av material,” LLNL material vetenskapsman Eric Duoss sa i pressmeddelandet. Lackeringen gör att de kan skräddarsy exakt blandning och mängd av alla de material som används ända ned till nanoskala.
Den LLNL forskarna fann att de kunde styra energi frigör mycket bättre bara genom att ändra geometrin av mikro-arkitektur. De experimenterade med olika arkitekturer — lägenheter, hinder och kanaler — och kommer nästa testa deras metod att använda mer komplicerade strukturer som gitter.
Referens:
Sullivan, Kyle T. et al. (2015) “Kontrollera material reaktivitet med hjälp av arkitektur,”Avancerade Material. Publicerades på nätet den 16 December 2015.
[Via Lawrence Livermore National Laboratory]
Bilder: Julie Russell/Eric Duoss, LLNL.