發(fā)現(xiàn)了一種點(diǎn)火包覆氧化石墨烯的微米鋁粉

美國(guó)陸軍和頂尖大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新方法，通過(guò)點(diǎn)燃涂有氧化石墨烯的鋁微米粉末，從戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)中常用的含鋁能源材料中獲得更多能量。

這一發(fā)現(xiàn)與陸軍現(xiàn)代化的重點(diǎn)之一：遠(yuǎn)程精確射擊不謀而合。該研究可提高金屬粉末作為軍用彈藥推進(jìn)劑/炸藥組分的能量性能。

石墨烯作為一種奇跡材料，被認(rèn)為是世界上最強(qiáng)最輕的材料。也是最導(dǎo)電最透明的，生產(chǎn)成本高。有許多應(yīng)用，通過(guò)啟用觸摸屏筆記本電腦，如發(fā)光二極管或液晶顯示器，或有機(jī)發(fā)光二極管，或醫(yī)學(xué)科學(xué)，如有機(jī)發(fā)光二極管顯示和脫氧核糖核酸測(cè)序，擴(kuò)展到電子產(chǎn)品。氧化石墨可以更便宜地生產(chǎn)。結(jié)果：氧化石墨烯。

雖然GO是一種受歡迎的二維材料，在許多學(xué)科和材料應(yīng)用中引起了極大的興趣，但這一發(fā)現(xiàn)使用微米級(jí)鋁粉(Al)，即鋁顆粒，將GO用作實(shí)際能源應(yīng)用的有效輕質(zhì)添加劑。直徑為百萬(wàn)分之一米。

研究團(tuán)隊(duì)于10月在ACS Nano上發(fā)表了他們的研究成果。他們與RDECOM研究實(shí)驗(yàn)室、陸軍企業(yè)研究實(shí)驗(yàn)室(ARL)、斯坦福大學(xué)、南加州大學(xué)、麻省理工學(xué)院和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作。

這項(xiàng)新發(fā)表的工作標(biāo)志著ARL在功能化粒子開(kāi)發(fā)下的新能量學(xué)的開(kāi)始，這是由吳志欽博士和詹尼弗戈特弗里德領(lǐng)導(dǎo)的幾項(xiàng)新的杠桿計(jì)劃。ARL正在與田納西大學(xué)、德克薩斯理工大學(xué)、新澤西州皮卡汀尼的陸軍研究、發(fā)展和工程中心以及空軍研究實(shí)驗(yàn)室合作，建立一種新的研究方法來(lái)開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的新型金屬推進(jìn)劑/炸藥部件。為戰(zhàn)士保護(hù)更多生命。

吳碩說(shuō)：“由于鋁(Al)理論上可以釋放大量的熱量(最高可達(dá)每克31千焦)，并且由于其天然的豐富性而相對(duì)便宜，Alpowders在能源應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于光吸收差，它們很難被光閃點(diǎn)燃。為了提高Al在點(diǎn)火過(guò)程中的光吸收，往往會(huì)混入重金屬氧化物，會(huì)降低能量性能，”吳說(shuō)。

納米大小的鋁粉(即直徑為十億分之一米)更容易被大面積的光學(xué)閃光點(diǎn)燃，這種閃光比傳統(tǒng)的單點(diǎn)方法(如熱線)釋放熱量更快。不幸的是，納米鋁粉非常昂貴。

在斯坦福大學(xué)鄭小林教授的帶領(lǐng)下，在ARL的吳志欽博士和詹尼弗戈特弗里德博士的支持下，該團(tuán)隊(duì)展示了Al/GO復(fù)合材料作為潛在推進(jìn)劑/炸藥組分的價(jià)值。這項(xiàng)研究表明，GO可以用一個(gè)光學(xué)閃光燈有效點(diǎn)燃Al，并以更快的速度釋放更多的能量——從而顯著提高Al的能量性能，超過(guò)更昂貴的納米Al粉末。該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變GO含量，可以控制Al粉末的點(diǎn)火和燃燒，以達(dá)到所需的能量輸出。

用高分辨率透射電子顯微鏡獲得了顯示Al/GO復(fù)合粒子結(jié)構(gòu)的圖像。吳，材料研究員，在武器材料研究致命材料部領(lǐng)導(dǎo)能量材料科學(xué)分子的等離子體研究。ARL董事會(huì)。吳說(shuō)：“通過(guò)TEM等先進(jìn)的顯微鏡觀察，我們很高興看到如何利用簡(jiǎn)單的機(jī)械混合工藝將Al顆粒包裹在GO片上。

除了斯坦福集團(tuán)通過(guò)光學(xué)閃光燈加熱Al/GO復(fù)合材料以增強(qiáng)燃燒效果外，ARL物理學(xué)家gottfried證明GO在微秒時(shí)間尺度上，即百萬(wàn)分之一秒增加了Al的反應(yīng)量——這一系統(tǒng)類似于爆炸事件中爆炸能量的釋放。利用高能材料激光誘導(dǎo)空氣沖擊技術(shù)(LASEM)產(chǎn)生的脈沖激光啟動(dòng)Al/GO復(fù)合材料時(shí)，Al/GO的放熱反應(yīng)加速激光誘導(dǎo)沖擊速度超過(guò)純Al或純GO。gottfried認(rèn)為，“Al/GO復(fù)合材料因此有可能增加軍用配方的爆發(fā)力，增強(qiáng)燃燒或爆炸效果?！?

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