Gewusst wie: Steuern, Thermit Pyrotechnik mit 3D-Druck
Thermites sind eine Klasse von Materialien für die Herstellung von pyrotechnischen Displays im Gymnasium Chemie Klassen blendend bekannt, und sie sind in allen Arten von realen Anwendungen benutzt. Aber diese Reaktionen sind sehr unberechenbar, eine Menge Energie alles wohl oder übel die Freigabe. Wissenschaftler am Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) haben herausgefunden, wie 3D-Druck zu verwenden, um eine präzisere Kontrolle über solche Materialien beschreiben ihre Arbeit in einem neuen Papier in Advanced Materials.
"Die große Botschaft ist, zeigen wir 3D Druck kann verwendet werden, um das dynamische Verhalten von Werkstoffen, ändern" Hauptautor Kyle Sullivan in einer Erklärung sagte. "Es ist eine sehr vielversprechende vorwärts."
Im Jahre 1893 suchte ein deutscher Chemiker namens Hans Goldschmidt zurück nach Wegen, um sehr reinen Metallen zu machen. Das ist, als er fand, dass die Kombination, sagen, Eisenoxid und Aluminium führt zu stark lokalisierte Hitze (so genannte exotherme Reaktion) – drei Mal schärfer als geschmolzene Lava. Es ist besser bekannt als die Thermit-Reaktion, und Goldschmidt hielt das erste Patent im Jahre 1895 verliehen. Die populärwissenschaftliche Klasse Version des Experiments, die heute verwendeten Rampen es für mehr ins Auge fallenden Pyrotechnik:
Goldschmidt Entdeckung bewiesen besonders nützlich für die Gleise für die Straßenbahn in der Stadt Essen im Jahr 1899 zusammenschweißen. Es ist immer noch in thermischen Schweißen von Eisenbahnschienen, die Achse Rahmen der Lokomotiven in Situund Metall zu verfeinern, zu reparieren, da gibt es keine Notwendigkeit für eine Vielzahl von komplizierten schwere Ausrüstung verwendet. Nur konzentrieren, die intensive Hitze durch die Thermit-Reaktion auf welcher Stelle produziert, braucht Schweißen und voila!
Heutzutage gibt es eine ganze Klasse von reaktiven Verbundwerkstoffen, gefunden im Auto Airbags, Schleudersitze und Feuerwerk. Das US-Militär ist besonders daran interessiert, solche Materialien, da sie im Wesentlichen aus zwei nonexplosive Feststoffe zusammengesetzt, die nicht chemisch reagieren sind, bis sie "angeregt" in gewisser Weise sind — durch das Anzünden einer Sicherung, Verwaltung eines elektrischen Schlages, zappen sie mit einem Laser, oder nur unter Druck setzen. Dann erhalten Sie eine explosive Freisetzung von Energie. Also Waffen mit diesen Arten von Materialien – kleine Bomben oder Handgranaten, zum Beispiel – viel mehr Schaden zufügen. (Brandbomben mit Thermit gemacht waren beliebt bei den deutschen und alliierten Truppen während des zweiten Weltkriegs.)
In der Vergangenheit haben Wissenschaftler versucht, mehr Kontrolle über das Verhalten von Thermit ausüben, durch die chemische Formulierung ändern oder verwenden von kleineren Partikeln. Die LLNL-Forscher fanden heraus, dass sie viel mehr Kontrolle erreichen konnten, durch die Schaffung von reaktiver Material Architekturen (RMAs) von vorne, mit direkten Tinte schreiben.
Zuerst sie verwendet das 3D-Druckverfahren, um leitfähige Elektroden in eine besondere Geometrie organisiert zu machen, und dann beschichtet die Oberfläche mit einem Film besteht aus winzigen Thermit Nanopartikel. "Traditionelle Thermites sind zufällige Stoffgemischen," LLNL Materialwissenschaftler Eric Duoss in der Pressemitteilung sagte. Der Beschichtungsprozess lässt sie die genaue Mischung anpassen und verbrauchten aller Materialien bis hin zu den nanoskaligen.
Die LLNL-Forscher fanden heraus, dass sie die Energiefreisetzung viel besser kontrollieren konnten, nur durch eine Änderung der Geometrie der Mikro-Architektur. Sie experimentierten mit verschiedenen Architekturen – Wohnungen, Hürden und Kanäle – und wird als Nächstes testen Sie ihre Methode mit komplizierter Strukturen wie Gitter.
Referenz:
Sullivan, Kyle T. Et Al. (2015) "Controlling Material Reaktivität mit Architektur,"Advanced Materials. Online-16. Dezember 2015 veröffentlicht.
[Über Lawrence Livermore National Laboratory]
Bilder: Julie Russell/Eric Duoss, LLNL.