Prueba Heated del AFM de la Punta de la Reacción Química Terma de Mechano de la Escala del Nanómetro de un Material Enérgico Usando el Equipo de los Instrumentos de Anasys

Temas Revestidos

Introducción
Experimento
Resultados y Discusión
Adaptación de Claros en Materiales Enérgicos
Reacción Material Enérgica a la Temperatura de Punta
Conclusiones

Introducción

Los Materiales Enérgicos son los materiales que exhiben el desbloquear dramático de la energía química salvada como energías térmicas y mecánicas. La diferencia primaria entre un material enérgico y cualquier material que experimente un proceso químico de la descomposición es el tipo en el cual la descomposición ocurre. El tipo de la descomposición es determinado por varios factores incluyendo las características de la partícula (composición química, talla, morfología), la magnitud y la duración del estímulo de la reacción, y el arresto material. Para los explosivos, el índice y la cantidad de energía release/versión es normalmente suficientes establecer una descarga eléctrica independiente económicamente conocida como detonación. Los materiales Enérgicos tienen a menudo polycrystallinity, claros, y/o defectos de la nanómetro-escala, y se cree extensamente que las propiedades y los fenómenos del nanoscale dentro de estos materiales desempeñan un papel dominante en su comportamiento macroscópico.

Un ejemplo de los fenómenos de la nanómetro-escala en materiales enérgicos es las “manchas calientes,” que son nanas a los claros de la microescala dentro del material enérgico, que desempeñan un papel dominante en la descomposición material enérgica. Cuando están expuestas a un estímulo del lanzamiento, estas manchas calientes actúan mientras que los sitios del encendido que crecen en la temperatura, talla, y ejercen presión sobre llevar a una deflagración o a una detonación. La formación de claros dentro de un material enérgico no es fácilmente controlable durante síntesis de los materiales, sino tiene impactos dramáticos en la sensibilidad y el funcionamiento del material enérgico. Las manchas calientes son solamente una de varias propiedades termomecánicas del nanoscale importante de los materiales enérgicos, ningunos cuyo han sido extensivamente estudiada debido a la falta de antenas térmicas del nanoscale. Las técnicas de Nanodectonics, podían activar el diseño mejorado de materiales enérgicos y rendir final explosivos más seguros y más potentes.

Esta nota de aplicación describe la descomposición térmica local en un material enérgico con una punta heated, y muestra los efectos de la temperatura de punta sobre la reacción material enérgica.

La Punta Heated AFM (HT-AFM) refiere a cualquier operación del AFM donde una punta heated se utiliza en vez de una punta normal. Casi cualquier modo de la proyección de imagen del AFM (el golpear ligeramente/contacto/Fuerza-Volumen del etc) puede acomodar una punta heated para rendir la nueva información atada a las propiedades térmicas de la muestra. HT-AFM incluye la familia de técnicas conocidas como antena térmica nano-TA, explicada abajo.

La antena térmica Nano-TA es una técnica local del análisis térmico que combina las altas capacidades de la proyección de imagen de la resolución espacial de la microscopia atómica de la fuerza con la capacidad de medir el comportamiento térmico de materiales con una resolución espacial de 100nm o de mejorarlo. La punta convencional del AFM es reemplazada por una antena térmica especial nano-TA que tenga un calefactor embutido y controlada por el soporte físico y el software térmicos especialmente diseñados de la antena nano-TA. Esta antena térmica nano-TA activa la visualización superficial con la resolución del nanoscale con los modos estándar de la proyección de imagen del AFM, que permiso que el utilizador selecciona las ubicaciones específicas en donde se desean las mediciones térmicas. El utilizador puede dirigir la antena localmente a aplicar calor en la ubicación deseada, midiendo su reacción termomecánica.

Experimento

La antena térmica HT-AFM y nano-TA ha activado estudios de la descomposición local de materiales enérgicos. El Cuadro 1 muestra la configuración experimental básica. Una película fina de Pentaerythritol Tetranitrate (PETN) fue preparada en un espesor de ~250 nanómetro en una diapositiva de cristal. Cuando la punta voladiza heated del AFM fue explorada en contacto con el material enérgico, la calefacción de la punta podría inducir fundir y/o la descomposición del nanoscale en la película material enérgica. Era posible realizar la metrología del material enérgico usando una punta fría, ambas antes y después de la escritura térmica.

Cuadro 1. Ajuste Experimental

Resultados y Discusión

Adaptación de Claros en Materiales Enérgicos

La descomposición térmica Local con una punta heated proporciona a un método único de controlar la talla y la resolución espacial de claros en el material enérgico. La capacidad de adaptar claros sintetizados podía activar nuevas maneras de interrogar y de controlar a fenómenos enérgicos. El Cuadro 2 muestra un simple “+” el modelo escrito en la película de PETN, demostrando la altos resolución especial y registro de la técnica. Para cada uno de las dos líneas del “+,” el voladizo fue sujetado en el ãC de 215 ¡y explorado en 0,1 Hertz por 60 segundos. La profundidad de la característica era ~300 nanómetro que correspondieron con de cerca el espesor del film. No había choque múltiple o residuo sensible, indicando que el material fue descompuesto o evaporado totalmente durante la escritura térmica.

Cuadro 2. Modelo escrito usando punta heated

Reacción Material Enérgica a la Temperatura de Punta

Cuadro 3 demostraciones abajo el efecto de la temperatura de punta en la reacción material enérgica. En este experimento, la punta heated fue explorada a lo largo de líneas en cinco diversas temperaturas. La temperatura más baja probada, °C 54, no produjo ninguna marca litográfica en el PETN. Sin Embargo, en el °C 99 y encima de la punta heated podía escribir en el PETN. La región de reacción de PETN era más ancha para la temperatura cada vez mayor. El área creciente de la reacción pudo haber sido debido a la calefacción creciente de la punta, o por la difusión de una reacción termomecánica en la película de PETN. Para las áreas descompuestas en temperaturas más altas, los cristales de PETN cerca del área descompuesta eran perceptiblemente más grandes que en las regiones sin modificar de la muestra, sugiriendo que este tipo de medición puede ser útil para estudiar el grano que embrutece y que envejece en materiales enérgicos.

Cuadro 3. reacción de PETN a diversas temperaturas de punta

Un segundo experimento (Higo 4.) probó el índice de material reaccionado explorando la punta heated sobre un cuadrado de 5 µm de la película de PETN. En las imágenes de Fig. 4, la exploración lenta comenzó en “al sur” el final de la imagen y se movió “al norte,” en solamente un paso tales que la punta no exploró sobre la misma región dos veces. Para estos experimentos, el voladizo fue calentado a 215 °C. Para el primer experimento, la punta heated exploró durante los segundos de la muestra en 1290. En la metrología de la poste-reacción de Fig. 4, mucho del PETN que era heated fue quitado, pero a diferencia de las líneas descompuestas de las Figs. 2 y 3, algo del PETN completado detrás. Además, aparece como si la estructura policristalina del PETN oriente en una moda acolumnada en la dirección norte-sur en Fig. 4.

Cuadro 4. Efecto de variar tipo de exploración

Un segundo µm 5 cuadrado fue escrito en un área fresca de PETN, bajo condiciones idénticas, a excepción de una velocidad creciente de la exploración que dio lugar a un rato total de la exploración de 660 segundos. Para este segundo, un experimento más rápido, menos PETN fue quitado importante y la estructura de grano acolumnada del PETN es aún más evidente. Cuando está calentado, el PETN puede entrar con una transición de fase (sublimación o derretimiento/evaporación) la fase de gas o descomponerse. Presumimos que el PETN fue fundido o se evaporó en la punta heated, y recondensed posteriormente sobre el área previamente explorada. Sin Embargo, no todo el material recondensed, que sugiere que algo del PETN pudo haberse descompuesto. El PETN recondensed es sobre todo en el sur de la región donde la exploración de la punta comenzó porque el extremo norte era horma heated que salía de un gradiente de temperatura. La temperatura alta de la punta impulsó el líquido o el vapor PETN lejos de la punta, que dio lugar a PETN condensó en el final meridional de la exploración solamente que era más fresca.

El PETN condensado formó las estructuras acolumnadas que mienten generalmente en la dirección norte-sur, que es el comportamiento que es constante con el gradiente de temperatura que es el más fuerte de la dirección norte-sur. Menos material condensó dentro del cuadrado explorado para la exploración más larga y la velocidad de punta más lenta. La época de intervalo más larga de la punta heated pudo haber permitido PETN fundido/evaporado para difundir más lejos de la fuente de calor. Esta técnica para manipular el micrófono/el nanostructure de materiales enérgicos policristalinos se podía utilizar para estudiar fenómenos tales como tipos de la difusión y para producir características controladas del nanoscale de la dimensión de una variable arbitraria y del espaciamiento de investigar la propagación entre los claros y/o los cristalitos orientados.

Conclusiones

Esta nota de aplicación presenta los nuevos métodos para probar la reacción de la termo-mechano-substancia química de la nanómetro-escala de un material enérgico vía la punta Heated AFM (HT-AFM). Las reacciones Termoquímicas se pueden inducir en los materiales de la película fina controlando la temperatura de la antena. Los experimentos investigan la propagación de la reacción termoquímica basada en talla, dimensión de una variable, la separación, y la anisotropía. Esta técnica se podía utilizar para investigar fenómenos termofísicos en cualquier material cristalino o policristalino. La capacidad de manipular el micrófono/el nanostructure de materiales policristalinos se podía utilizar para estudiar fenómenos tales como tipos de la difusión, transiciones de fase, y realiza la litografía en una amplia variedad de nanomaterials más allá de los materiales enérgicos.

Fuente: Punta-AFM Heated de Materiales Enérgicos: Nano-dectonics
Autor: Guillermo P. Rey Ph.D.
Para más información sobre esta fuente visite por favor los
Instrumentos de Anasys

Date Added: May 13, 2008 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 18:28

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