Des chercheurs de l'armée américaine et des meilleures universités ont découvert une nouvelle façon d'obtenir plus d'énergie à partir de matériaux énergétiques contenant de l'aluminium, courant dans les systèmes de champ de bataille, en enflammant des poudres de microns d'aluminium recouvertes d'oxyde de graphène.

Cette découverte coïncide avec l'une des priorités de modernisation de l'Armée de terre :les tirs de précision à longue portée. Cette recherche pourrait conduire à une amélioration des performances énergétiques des poudres métalliques en tant qu'ingrédients propulseurs/explosifs dans les munitions de l'armée.

Considéré comme un matériau miracle, Le graphène est considéré comme le matériau le plus résistant et le plus léger au monde. C'est aussi le plus conducteur et le plus transparent, et coûteux à produire. Ses applications sont nombreuses, étendre à l'électronique en activant les ordinateurs portables à écran tactile, par exemple, avec diode électroluminescente, ou LCD, ou en diode électroluminescente organique, ou des écrans OLED et des médicaments comme le séquençage de l'ADN. En oxydant le graphite est moins cher à produire en masse. Le résultat :l'oxyde de graphène (GO).

Bien que GO soit un matériau bidimensionnel populaire qui a suscité un vif intérêt dans de nombreuses disciplines et applications de matériaux, cette découverte exploite GO en tant qu'additif léger efficace pour des applications énergétiques pratiques utilisant des poudres d'aluminium de la taille du micron (μAl), c'est à dire., particules d'aluminium d'un millionième de mètre de diamètre.

L'équipe de recherche a publié ses conclusions dans l'édition d'octobre de ACS Nano avec la collaboration du Laboratoire de Recherche RDECOM, le laboratoire de recherche d'entreprise (ARL) de l'armée de terre, Université de Stanford, Université de Californie du Sud, Massachusetts Institute of Technology et Argonne National Laboratory.

Ce nouveau travail publié signale un début à l'ARL pour le développement de particules fonctionnalisées en tant que nouvelle énergie dans le cadre de plusieurs nouveaux programmes à effet de levier dirigés par les Drs. Chi-Chin Wu et Jennifer Gottfried. ARL mène des efforts scientifiques conjoints avec l'Université du Tennessee, Université de technologie du Texas, Recherche de l'armée, Centre de Développement et d'Ingénierie de Picatinny, NEW JERSEY., et avec le laboratoire de recherche de l'armée de l'air établissant une nouvelle voie de recherche pour développer de nouveaux ingrédients propulseurs/explosifs métalliques de qualité supérieure afin de protéger davantage de vies pour les combattants de l'armée.

"Parce que l'aluminium (Al) peut théoriquement dégager une grande quantité de chaleur (jusqu'à 31 kilojoules par gramme) et est relativement bon marché en raison de son abondance naturelle, Les poudres d'alpage ont été largement utilisées dans les applications énergétiques, " dit Wu. Cependant, ils sont très difficiles à allumer par une lampe flash optique en raison d'une mauvaise absorption de la lumière. Pour améliorer l'absorption lumineuse du mAl lors de l'allumage, il est souvent mélangé à des oxydes métalliques lourds qui diminuent les performances énergétiques, " a déclaré Wu.

Poudres d'Al de taille nanométrique (c'est-à-dire, un milliardième de mètre de diamètre) peuvent être allumés plus facilement par une lampe flash optique à large zone pour libérer de la chaleur à un rythme beaucoup plus rapide que ce qui peut être obtenu en utilisant des méthodes conventionnelles à point unique telles que l'allumage par fil chaud. Malheureusement, les poudres d'Al de taille nanométrique sont très coûteuses.

L'équipe a démontré la valeur des composites μAl/GO en tant qu'ingrédients propulseurs/explosifs potentiels grâce à un effort de recherche collaboratif dirigé par le professeur Xiaolin Zheng de l'Université de Stanford et soutenu par le Dr Chi-Chin Wu et le Dr Jennifer Gottfried de l'ARL. Cette recherche a démontré que GO peut permettre l'allumage efficace de μAl via une lampe flash optique, libérant plus d'énergie à un rythme plus rapide, améliorant ainsi considérablement les performances énergétiques de μAl au-delà de celles de la poudre d'Al de taille nanométrique plus chère. L'équipe a également découvert que l'allumage et la combustion des poudres de μAl peuvent être contrôlés en faisant varier la teneur en GO pour obtenir la production d'énergie souhaitée.

Les images montrant la structure des particules composites μAl/GO ont été obtenues par microscopie électronique à transmission (MET) à haute résolution réalisée par Wu, un chercheur en matériaux qui dirige la recherche sur le plasma pour la Direction de la science des matériaux énergétiques de la Division de la létalité de la Direction de la recherche sur les armes et les matériaux à l'ARL. « Il est passionnant de voir de nos propres yeux grâce à une microscopie avancée telle que la MET, comment un simple processus de mélange mécanique peut être utilisé pour bien envelopper les particules de μAl dans une feuille GO, " dit Wu.

En plus de démontrer les effets de combustion améliorés du chauffage par lampe flash optique des composites μAl/GO par le groupe Stanford, Gottfried, un physicien à l'ARL, a démontré que le GO augmentait la quantité de μAl réagissant à l'échelle de la microseconde, c'est à dire., un millionième de seconde un régime analogue à la libération d'énergie explosive lors d'un événement de détonation. Lors de l'initiation du composite μAl/GO avec un laser pulsé en utilisant une technique appelée choc aérien induit par laser à partir de matériaux énergétiques (LASEM), les réactions exothermiques du Al/GO ont accéléré la vitesse du choc induit par laser résultant au-delà de celle du μAl pur ou du GO pur. Selon Gottfried, « le composite μAl/GO a ainsi le potentiel d'augmenter le pouvoir explosif des formulations militaires, en plus d'améliorer les effets de combustion ou de souffle. this discovery could be used to improve the range and/or lethality of existing weapons systems.