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美国陆军研究表明氧化石墨烯可以改善弹药性能

近日消息,美国陆军的研究人员与RDECOM实验室、陆军企业研究实验室(ARL)、斯坦福大学、麻省理工学院、南加州大学和阿贡国家实验室合作,发现了一种方法,通过点燃涂有氧化石墨烯的微米铝粉末,从战场系统中常见的含铝高能材料中可获取更多能量。这项研究可以提高金属粉末在陆军弹药中作为推进剂/爆炸成分的性能。

这一发现利用氧化石墨烯作为一种有效的轻质添加剂,而在实际的高能应用中通常使用微米尺寸的铝粉(Al),即直径为百万分之一米的铝颗粒。

“因为铝(Al)理论上可以释放大量的热量(每克多达31千焦耳),并且由于其储量丰富而相对便宜,因此微米级的铝粉已被广泛用于高能量应用,”该团队表示。然而,由于铝粉光吸收差,它们很难被光学闪光灯点燃。为了改善点火期间铝粉的光吸收,经常需要与重金属氧化物混合,这降低了能量性能。

纳米Al粉末可以更容易用广域光闪光灯点燃,释放热量的速度比传统的单点火方法(如热管点火)要快得多。不幸的是,纳米Al粉末非常昂贵。

该小组展示了Al/GO复合材料作为潜在推进剂/炸药成分的价值。本研究表明,GO可以通过光闪光灯有效地点燃Al粉,以更快的速度释放更多的能量,从而大大提高Al的高能性能,而不需用昂贵的纳米Al粉末。研究小组还发现,可以通过改变GO含量来控制铝粉的点火和燃烧,以达到预期的能量输出。

除了斯坦福小组展示光闪光灯加热Al/GO复合材料增强燃烧效应外,ARL的物理科学家戈特弗里德博士还证明,GO增加了Al在微秒刻度上的反应量,即百万分之一秒-这一制度类似于爆轰事件期间释放的爆炸能量。利用激光诱导高能材料空气冲击(LASEM)技术,用脉冲激光引发Al/GO复合材料时,Al/GO的放热反应加速了激光诱导冲击速度超过纯Al或纯GO的速度。戈特弗里德说,“因此,Al/GO复合材料除了增强燃烧或爆炸效应之外,还具有增加军用配方的爆炸威力的潜力。”因此,这一发现可用于提高现有武器系统的射程和(或)杀伤力。

铝热剂

铝热剂是铝粉和难熔金属氧化物的混合物。常见铝热剂是铝粉和三氧化二铁粉末按比例配成呈粉红色的混合物(比例约为1:2.95),当用引燃剂点燃,反应猛烈进行,得到氧化铝和单质铁并放出大量的热,温度可到2500℃,并发出耀眼的光芒,能使生成的铁熔化。铝热剂是铝热反应的重要成分,铝热反应在轨道焊接等高温户外作业中发挥重要作用。可用于引发一些需要高温的反应。

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