Thermites er en klasse af materialer, der er kendt for at producere blændende pyrotekniske viser i high school kemi klasser, og de er brugt i alle former af den virkelige verden. Men disse reaktioner er meget uforudsigelige, frigive en masse energi alle willy-nilly. Forskere ved Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har regnet ud, hvordan at bruge 3D-print til at udøve en mere nøjagtig kontrol over sådanne materialer, der beskriver deres arbejde i et nyt papir i Avancerede Materialer.
“Det store budskab her er, at vi viser 3D-print kan bruges til at ændre den dynamiske opførsel af materialer,” hovedforfatter Kyle Sullivan sagde i en erklæring. “Det er en meget lovende skridt fremad.”
Tilbage i 1893, en tysk kemiker ved navn Hans Goldschmidt var at finde på måder at gøre det meget rene metaller. Det er, når han fandt, at ved at kombinere, siger, jernoxid og aluminium giver anledning til meget lokaliserede varme (en såkaldt exoterm reaktion) — tre gange varmere end smeltet lava. Det er mere almindeligt kendt som thermite reaktion, og Goldschmidt afholdt det første patent, der uddeles i 1895. Den populære science klasse version af eksperimentet, der anvendes i dag ramper det op for mere eye-popping fyrværkeri:
Goldschmidt ‘ opdagelse vist sig at være særlig nyttigt til svejsning sammen sporene til en sporvogn i byen Essen i 1899. Det er stadig bruges i termisk svejsning af jernbaneskinner, reparere akslen billeder af lokomotiver in situ, og raffinering af metal, da der ikke behov for en masse komplicerede tungt udstyr. Bare fokusere den intense varme, der produceres af thermite reaktion på hvad stedet skal svejsning og voila!
Sponsoreret
Disse dage, der er en hel klasse af reaktiv komposit materialer, fundet i en bil, airbags, ejektor pladser, og fyrværkeri. Det AMERIKANSKE militær er især interesseret i disse materialer, da de er væsentlige kompositter af to ikke eksplosive faste stoffer, der ikke reagerer kemisk, indtil de er “stimuleret” på en eller anden måde — ved belysning en sikring, der administrerer et elektrisk stød, zappe dem med en laser, eller bare at sætte dem under intenst pres. Så får du en eksplosiv frigivelse af energi. Så våben ved hjælp af disse typer af materialer — små bomber eller granater, for eksempel — påføre en masse mere skader. (Brandbomber lavet med thermite var populære med både tyske og Allierede styrker under anden Verdenskrig.)
Tidligere har forskere forsøgt at udøve mere kontrol over adfærd af thermite ved at ændre den kemiske formel, eller ved brug af mindre partikler. Den LLNL fandt forskerne, at de kunne opnå meget mere kontrol ved at skabe reaktive materiale arkitekturer (RMAs) fra bunden, ved hjælp af direkte blæk at skrive.
Første, de bruges på, at 3D-print proces at gøre ledende elektroder, der er organiseret i en bestemt geometri, og derefter belagt overflade med en film lavet af små thermite nanopartikler. “Traditionelle thermites er tilfældige blandinger af materialer,” LLNL materialer forsker Eric Duoss sagde i en pressemeddelelse. Den belægning proces, der giver dem mulighed for at skræddersy præcis blanding og mængde af de anvendte materialer helt ned på nanoniveau.
Den LLNL fandt forskerne, at de kunne styre den energi, der udleder langt bedre bare ved at ændre geometrien af mikro-arkitektur. De eksperimenterede med forskellige arkitekturer — lejligheder, forhindringer, og kanaler — og vil i næste afprøve deres metode med mere komplicerede strukturer som gitre.
Reference:
Sullivan, Kyle T. et al. (2015) “Kontrol af materiale reaktivitet ved hjælp af arkitektur,”Advanced Materials. Offentliggjort online 16 December, 2015.
[Via Lawrence Livermore National Laboratory]
Billeder: Julie Russell/Eric Duoss, LLNL.