Nanocompozite Electrice

1. Introducere

Materialele energetice sunt materiale care stocheaza energie chimica intr-un volum fix si care elibereaza o cantitate mare de energie, in urma unui stimul mecanic sau termic. Explozibilii, materialele propulsante si pirotehnice sunt exemple de astfel de materiale [1]. Acest tip de materiale sunt printre cele mai greu de manipulat pentru ca sunt foarte sensibile la lovire, frecare, etc. Nanocompozitele energetice sunt alcatuite dintr-un oxidant in amestec cu componenti combustibili. Pentru eliberarea unor cantitati mari de energie componentii trebuie sa fie “impachetati bine” adica intr-un contact fizic bun Un alt tip de materiale energetice sunt cele in care oxidantul si combustibilul formeaza o singura molecula, la fel ca TNT-ul. Intr-o forma modificata ele devin mai stabile si mai putin sensibile la lovire, frecare, etc[2].

Pentru ca o reactie sa fie mai complexa, materialele energetice avansate sunt utilizate la dimensiuni nanometrice si au o impachetare foarte puternica [2]. In ultimii ani cercetatorii au au descoperit ca materialele energetice care sunt produse la scara nanometrica, au promis imbunatatiri de performanta in eliberarea de energie, inclusiv a proprietatiilor mecanice [3]. Acestea se numesc nanocompozite electrice si sunt o clasa de substante,care contin un component oxidant si unul combustibil si cel putin unul dintre ei se regasesc la scara nanometrica. Un exemplu de astfel de nanocompozit ar fi o matrice anorganica, cu rol de oxidant si un material combustibil care este inglobat in reateaua formata de matrice [4]. In unele cazuri este necesara o marire a rezistentei acestor nanocompozite, iar in acest scop se pot aditiona unele materiale cu acest scop, cum ar fi nanotuburile de carbon (CNT), care mentin nanostructurile materialelor energetice [5].

2.Metode de obtinere

Cateva metode de obtinere ale nanocompozitelor energetice sunt: amestecarea fizica a nanopulberilor de combustibil si oxidant, metoda sol-gel, tehnica filmelor subtiri, amestecarea cu ultrasunete [2, 3, 4].

2a. Amestecarea nanopulberilor:

Prezinta anumite limitari din cauza unei distributii neomogene intre oxidant si combustibil si o compatibilitate mica cu un microsistem [3]; exista domenii cu continut fie numai de oxidant fie numai de combustibil, ceea ce limiteaza transportul de masa, in consecinta scade eficienta arderii [4].De asemenea prepararea unor nanocompozite, cum ar fi termitii, prin amestecarea pulberilor este extrem de periculoasa, deoarece este greu de controlat.

Ce sunt termitii-

Termitii sunt materiale care sunt alcatuite din oxizii metalici (Fe2O3, Cr2O3, NiO, etc) in ametec cu metale oxifilice precum Al, Mg sau Zr dau reactia termitului, reprezentata schematic in ecuatia 1

M(1)O (s) + M(2) (s) → M(1) (s) + M(2)O (s) ecuatia 1)

In reactia termitului, oxidul metalic [ M(1)O (s)] si metalul oxifilic [M(2) (s)], dau o reactie de oxido-reducere in faza solida, care este rapida si foarte exoterma [4].

In tabelul 1 sunt redate cateva temperaturi adiabatice (K) si densitatea de energie a unor termiti

Tabelul 1.

Amestecul termit Tad (K) Densitatea de

energie (kJ/cm2)

Fe2O3 + 2Al 3135 16.5

MnO2 + 4Al 2918 19.5

3NiO + 2Al 3187 17.9

MoO3 + 2Al 3252 17.9

3V2O3 + 10Al 3273 14.2

Cr2O3 + 2Al 2327 10.9

3SnO2 + 4Al 2876 15.4

Fe2O3 + 3Mg 3135 15

MnO2 + 2Mg 3271 16.6

Se observa ca pentru unele reactii temperatura depaseste 3000K. Oxizii metalici corespunzatori isi procura singuri oxigenul, iar odata initiata reactia este dificil de oprit.

2b. Metoda sol-gel:

In nanocompozitele obtinute prin sol-gel, combustibilul de dimensiuni nanometrice constituie suportul matricei iar oxidantul este matricea [2], dupa cum se observa in