Thermites er en klasse av materialer som er kjent for å produsere blendende pyrotekniske viser i high school kjemi klasser, og de er brukt i alle typer virkelige verden programmer. Men disse reaksjonene er svært uforutsigbar, og slipper ut mye energi alle willy-nilly. Forskere ved Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har funnet ut hvordan å bruke 3D-utskrift til å utøve en mer presis kontroll over slikt materiale, som beskriver deres arbeid i en ny artikkel i Avanserte Materialer.
“Den store melding her er vi viser 3D-printing kan brukes til å endre den dynamiske oppførsel av materialer,” bly forfatter Kyle Sullivan sa i en uttalelse. “Det er en veldig lovende gå videre.”
Tilbake i 1893, en tysk kjemiker som heter Hans Goldschmidt var ute i måter å gjøre meget rene metaller. Det var da han fant ut at å kombinere, si, jernoksid og aluminium gir opphav til svært lokalisert varme (en såkalt eksoterme reaksjonen) — tre ganger varmere enn smeltet lava. Det er mer kjent som den thermite reaksjon, og Goldschmidt hadde det første patent, tildelt i 1895. Den populære science-klasse versjon av eksperimentet som brukes i dag ramper det opp for mer oppsiktsvekkende pyroteknikk:
Goldschmidt discovery vist seg særlig nyttig for å sveise sammen sporene for en trikk i sentrum av Essen i 1899. Det er fortsatt brukes i termisk sveising av jernbanespor, reparere hjulbolt bilder av lokomotiver in situ, og metall, raffinering, siden det ikke er behov for en rekke kompliserte tungt utstyr. Bare fokus den intense varmen som produseres av thermite reaksjon på hva spot behov sveising og voila!
Sponset
I disse dager er det en hel klasse av reaktiv kompositt materialer, funnet i bilen kollisjonsputer, utløser sitteplasser, og fyrverkeri. Det AMERIKANSKE militæret er spesielt interessert i slikt materiale, siden de er i hovedsak sammensetninger av to nonexplosive faste stoffer som ikke reagerer kjemisk frem til de blir “stimulert” på noen måte — ved å tenne et sikring, administrasjon av et elektrisk støt, zapping dem med laser, eller bare sette dem under intenst press. Da får du en eksplosiv frigjøring av energi. Så våpen ved hjelp av disse typer materiale — små bomber eller håndgranater, for eksempel — påføre mye mer skade. (Brannbomber laget med thermite var populært med både den tyske og Allierte styrker under andre Verdenskrig.)
I det siste har forskere forsøkt å utøve større kontroll over atferden til thermite ved å endre den kjemiske formel, eller ved hjelp av mindre partikler. Den LLNL forskerne fant de kan oppnå mye mer kontroll ved å skape reaktivt materiale arkitekturer (RMAs) fra bunnen av, ved hjelp av direkte blekk skriver.
Først blir de brukt som 3D-utskrift prosessen for å gjøre ledende elektroder som er organisert i en bestemt geometri, og deretter belagt overflate med en film som består av små thermite nanopartikler. “Tradisjonell thermites er tilfeldig blandinger av materialer,” LLNL materialer forsker Eric Duoss sa i pressemeldingen. Belegg prosess som gir dem mulighet til å skreddersy nøyaktig blanding og mengden av alle materialene som er brukt rett ned til nanoskala.
Den LLNL forskerne fant at de kunne kontrollere energi mye bedre bare ved å endre geometrien av mikro-arkitektur. De eksperimenterte med ulike arkitekturer — leiligheter, hekk, og tv — og vil neste teste ut deres metode ved hjelp av mer kompliserte strukturer som lattices.
Referanse:
Sullivan, Kyle T. et al. (2015) “Kontrollere materiale reaktivitet ved hjelp av arkitektur,”Avanserte Materialer. Publisert online 16. desember 2015.
[Via Lawrence Livermore National Laboratory]
Bilder: Julie Russell/Eric Duoss, LLNL.