Prova Heated del AFM del Suggerimento Risposta Chimica di Mechano del Disgaggio di Nanometro di Termo di un Materiale Energetico Facendo Uso di Strumentazione dagli Strumenti di Anasys

Argomenti Coperti

Introduzione
Esperimento
Risultati e Discussione
Adattamento dei Vuoti in Materiali Energetici
Risposta Materiale Energetica alla Temperatura di Suggerimento
Conclusioni

Introduzione

I Materiali Energetici sono materiali che esibiscono la versione drammatica di energia chimica memorizzata come energie termiche e meccaniche. La differenza primaria fra un materiale energetico e tutto il materiale che subisce un trattamento chimico della decomposizione è la tariffa a cui la decomposizione si presenta. La tariffa della decomposizione è determinata da una serie di fattori compresi le caratteristiche della particella (composizione chimica, dimensione, morfologia), la grandezza e la durata dello stimolo della reazione e la relegazione materiale. Per gli esplosivi, la tariffa e la quantità di energia rilasciate è normalmente sufficienti per stabilire una scossa economicamente indipendente conosciuta come la detonazione. I materiali Energetici hanno spesso il polycrystallinity, i vuoti e/o difetti del nanometro-disgaggio ed ampiamente è creduto che i beni ed i fenomeni del nanoscale all'interno di questi materiali svolgano un ruolo chiave nel loro comportamento macroscopico.

Un esempio dei fenomeni del nanometro-disgaggio in materiali energetici è “aree sensibili,„ che sono nane ai vuoti di microscala all'interno del materiale energetico, che svolgono un ruolo chiave nella decomposizione materiale energetica. Una Volta esposte ad uno stimolo di inizio, queste aree sensibili fungono da siti dell'infiammazione che si sviluppano nella temperatura, dimensione e fanno pressione sul piombo ad una deflagrazione o ad una detonazione. La formazione di vuoti all'interno di un materiale energetico non è facilmente controllabile durante la sintesi dei materiali, ma ha impatti drammatici sulla sensibilità e sulla prestazione del materiale energetico. Le aree sensibili sono ma uno di parecchi beni termomeccanici del nanoscale importante dei materiali energetici, nessuno di cui sono stati estesamente studiato dovuto la mancanza di sonde termiche del nanoscale. Le tecniche di Nanodectonics, hanno potuto permettere alla progettazione migliore dei materiali energetici ed infine rendere gli esplosivi più sicuri e più potenti.

Questa nota di applicazione descrive la decomposizione termica locale in un materiale energetico con un suggerimento heated e mostra gli effetti della temperatura di suggerimento sulla risposta materiale energetica.

Il Suggerimento Heated il AFM (HT-AFM) si riferisce a tutta l'operazione del AFM dove un suggerimento heated è usato invece di un suggerimento normale. Quasi tutto il modo della rappresentazione del AFM (spillare/contatto/Forza-Volume ecc) può accomodare un suggerimento heated per rendere le nuove informazioni legate ai beni termici del campione. HT-AFM include la famiglia delle tecniche conosciute come la sonda termica di nano-TUM, spiegata sotto.

La sonda termica di Nano-TUM è una tecnica locale dell'analisi termica che combina le alte capacità della rappresentazione di risoluzione spaziale di microscopia atomica della forza con la capacità di misurare il comportamento termico dei materiali con una risoluzione spaziale di 100nm o di migliorare. Il suggerimento convenzionale del AFM è sostituito da una sonda termica di nano-TUM speciali che ha un radiatore incassato ed è gestito dal hardware e dal software termici specialmente progettati della sonda di nano-TUM. Questa sonda termica di nano-TUM permette alla visualizzazione di superficie con risoluzione del nanoscale con i modi standard della rappresentazione del AFM, che permette all'utente di selezionare le posizioni specifiche dove le misure termiche sono desiderate. L'utente può dirigere la sonda verso localmente l'applicazione del calore alla posizione desiderata, misurante la sua risposta termomeccanica.

Esperimento

La sonda termica di nano-TUM e di HT-AFM ha permesso agli studi sulla decomposizione locale dei materiali energetici. Figura 1 mostra la configurazione sperimentale di base. Una pellicola sottile di Pentaerythritol Tetranitrate (PETN) è stata preparata ad uno spessore di ~250 nanometro su una lastra di vetro. Quando il suggerimento a mensola heated del AFM è stato scandito in contatto con il materiale energetico, riscaldare dal suggerimento potrebbe indurre la fusione e/o la decomposizione del nanoscale nella pellicola materiale energetica. Era possibile eseguire la metrologia del materiale energetico facendo uso di un suggerimento freddo, entrambe prima e dopo scrittura termica.

Figura 1. Impostazione Sperimentale

Risultati e Discussione

Adattamento dei Vuoti in Materiali Energetici

La decomposizione termica Locale con un suggerimento heated fornisce un metodo unico di gestire sia la dimensione che la risoluzione spaziale dei vuoti nel materiale energetico. La capacità di adattare i vuoti sintetici ha potuto permettere ai nuovi modi interrogare e gestire i fenomeni energetici. Figura 2 mostra un semplice “+„ il reticolo scritto nella pellicola di PETN, dimostrando l'alte risoluzione speciale e registrazione della tecnica. Per ciascuna delle due righe di “+,„ la trave a mensola è stata tenuta ad un ãC di 215 ¡ ed è stata scandita a 0,1 Hertz per 60 secondi. La profondità della funzionalità era ~300 nanometro che hanno abbinato molto attentamente lo spessore di pellicola. Non c'era tamponamento a catena o residuo notevole, indicante che il materiale completamente è stato decomposto o evaporato stato durante la scrittura termica.

Figura 2. Reticolo scritto facendo uso del suggerimento heated

Risposta Materiale Energetica alla Temperatura di Suggerimento

Figura 3 manifestazioni qui sotto l'effetto della temperatura di suggerimento sulla risposta materiale energetica. In questo esperimento, il suggerimento heated è stato scandito seguendo le righe alle cinque temperature differenti. La temperatura più insufficiente provata, il °C 54, non ha prodotto segno litografico sul PETN. Tuttavia, a °C 99 e sopra il suggerimento heated poteva scrivere nel PETN. La regione di reazione di PETN era più ampia per la temperatura aumentante. L'area aumentata della reazione può essere dovuto il riscaldamento aumentato dal suggerimento, o tramite la diffusione di una reazione termomeccanica nella pellicola di PETN. Per le aree decomposte alle più alte temperature, i cristalli di PETN vicino all'area decomposta erano notevolmente più grandi di nelle regioni invariate del campione, suggerenti che questo tipo di misura potesse essere utile per lo studio del granulo che rende ruvido e che invecchia in materiali energetici.

Figura 3. risposta di PETN alle temperature di suggerimento differenti

Un secondo esperimento (Fico 4.) ha verificato la tariffa di materiale reagita scandendo il heated ribalta un quadrato di 5 µm della pellicola di PETN. Nelle immagini della Fig. 4, la scansione lenta ha cominciato “verso sud„ alla conclusione dell'immagine e si è mossa “a nord,„ in soltanto un passaggio tali che il suggerimento non ha scandito due volte sopra la stessa regione. Per questi esperimenti, la trave a mensola è stata riscaldata a 215 °C. Per il primo esperimento, il suggerimento heated ha scandito durante i secondi del campione nel 1290. In metrologia della post-reazione della Fig. 4, gran parte del PETN che era heated è stato rimosso, ma a differenza delle righe decomposte di Fichi. 2 e 3, alcuno del PETN hanno riempito dietro. Ancora, sembra come se la struttura policristallina del PETN orienti ad un modo colonnare nella direzione nord-sud nella Fig. 4.

Figura 4. Effetto di variazione della tariffa di scansione

Un secondo µm 5 quadrato è stato scritto su un'area fresca di PETN, nelle circostanze identiche, eccezione fatta per una velocità aumentata di scansione che ha provocato un tempo totale di scansione di 660 secondi. Per questo secondo, l'esperimento più veloce, meno PETN è stato rimosso significativamente e la struttura del grano colonnare del PETN è ancor più evidente. Una Volta riscaldato, il PETN può entrare con una transizione di fase (sublimazione o colata/evaporazione) in fase gassosa o decomporrsi. Supponiamo che il PETN sia stato fuso o evaporato al suggerimento heated e successivamente recondensed sull'area precedentemente scandita. Tuttavia, non tutto il materiale recondensed, che suggerisce che alcuno del PETN potesse decomporrsi. Il PETN recondensed è principalmente nel sud della regione dove la scansione del suggerimento ha cominciato perché l'estremità del nord era ultimo heated che lascia un gradiente geotermico. La temperatura elevata del suggerimento ha guidato il liquido o il vapore PETN a partire dal suggerimento, che ha provocato PETN ha condensato soltanto sull'estremità sud della scansione che era più fresca.

Il PETN condensato ha formato le strutture colonnari che si trovano generalmente nella direzione nord-sud, che è comportamento che è coerente con il gradiente geotermico che è più forte nella direzione nord-sud. Meno materiale ha condensato all'interno del quadrato scandito per la scansione più lunga e la velocità di suggerimento più lenta. Il tempo di permanenza maggiore del suggerimento heated può permettere PETN fuso/evaporato per diffondersi più lontano dalla fonte di calore. Questa tecnica per la manipolazione il micro/nanostructure dei materiali energetici policristallini ha potuto essere usata per studiare i fenomeni quali le velocità di diffusione e per produrre le funzionalità controllate del nanoscale di forma arbitraria e di spaziatura studiare la propagazione fra i vuoti e/o le cristalliti orientate.

Conclusioni

Questa nota di applicazione presenta i nuovi metodi per verificare la risposta del termo-mechano-prodotto chimico del nanometro-disgaggio di un materiale energetico via il suggerimento Heated il AFM (HT-AFM). Le reazioni Termochimiche possono essere indotte sui materiali della pellicola sottile gestendo la temperatura della sonda. Gli esperimenti studiano la propagazione della reazione termochimica basata sulla dimensione, sulla forma, sul gioco e sull'anisotropia. Questa tecnica ha potuto essere usata per studiare i fenomeni termofisici in tutto il materiale cristallino o policristallino. La capacità di manipolare il micro/nanostructure dei materiali policristallini ha potuto essere usata per studiare i fenomeni quali le velocità di diffusione, transizioni di fase ed esegue la litografia in un'ampia varietà di nanomaterials oltre i materiali energetici.

Sorgente: Suggerimento-AFM Heated dei Materiali Energetici: Nano-dectonics
Autore: William P. Re Ph.D.
Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego gli
Strumenti di Anasys

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

Last Update: 13. June 2013 17:56

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