La nanotermita o supertermita es un compuesto intermolecular metaestable (MIC) que se caracteriza por un tamaño de partícula de sus principales constituyentes, un combustible metálico y un oxidante , inferior a 100 nanómetros . Esto permite velocidades de reacción altas y personalizables. Las nanotermitas contienen un oxidante y un agente reductor , que se mezclan íntimamente a escala nanométrica. Los MIC, incluidos los materiales nanotermíticos, son un tipo de materiales reactivos investigados para uso militar, así como para aplicaciones generales que involucran propelentes, explosivos y pirotecnia .
Lo que distingue a las termitas tradicionales de las MIC es que el oxidante y el agente reductor, normalmente óxido de hierro y aluminio , se encuentran en forma de polvos extremadamente finos ( nanopartículas ). Esto aumenta drásticamente la reactividad en relación con la termita en polvo de tamaño micrométrico . Como los mecanismos de transporte de masa que ralentizan las velocidades de combustión de las termitas tradicionales no son tan importantes a estas escalas, [ cita requerida ] la reacción se produce mucho más rápidamente.
Históricamente, las aplicaciones pirotécnicas o explosivas de las termitas tradicionales han sido limitadas debido a sus tasas de liberación de energía relativamente lentas. Debido a que las nanotermitas se crean a partir de partículas reactivas con proximidades cercanas a la escala atómica, las tasas de liberación de energía son mucho mayores. [1]
Los materiales nanotermíticos o supertermitas se desarrollan generalmente para uso militar, como propulsores , explosivos, dispositivos incendiarios y pirotecnia . La investigación sobre aplicaciones militares de materiales de tamaño nanométrico comenzó a principios de la década de 1990. [2] Debido a su tasa de reacción altamente aumentada, los materiales nanotermíticos están siendo estudiados por el ejército de los EE. UU. con el objetivo de desarrollar nuevos tipos de bombas varias veces más potentes que los explosivos convencionales. [3] Los materiales nanoenergéticos pueden almacenar más energía que los materiales energéticos convencionales y pueden usarse de formas innovadoras para adaptar la liberación de esta energía. Las armas termobáricas son una aplicación potencial de los materiales nanoenergéticos. [4]
Existen muchas combinaciones posibles de combustible y oxidante termodinámicamente estables. Algunas de ellas son:
En la investigación militar, el óxido de aluminio-molibdeno , el óxido de aluminio -teflón y el óxido de aluminio-cobre(II) han recibido considerable atención. [2] Otras composiciones probadas se basaron en RDX de tamaño nanométrico y con elastómeros termoplásticos . Se puede utilizar PTFE u otro fluoropolímero como aglutinante para la composición. Su reacción con el aluminio, similar a la termita de magnesio/teflón/vitón , agrega energía a la reacción. [5] De las composiciones enumeradas, la que contiene permanganato de potasio tiene la tasa de presurización más alta . [6]
El método más común para preparar materiales nanoenergéticos es mediante la ultrasonificación en cantidades inferiores a 2 g. Se han desarrollado algunas investigaciones para aumentar las escalas de producción. Debido a la altísima sensibilidad a las descargas electrostáticas (ESD) de estos materiales, actualmente lo habitual son las escalas inferiores a 1 gramo.
Los polvos de nanoaluminio, o aluminio de grano ultrafino (UFG), son un componente clave de la mayoría de los materiales nanotermíticos. Un método para producir este material es el método de condensación dinámica en fase gaseosa, iniciado por Wayne Danen y Steve Son en el Laboratorio Nacional de Los Álamos . Una variante del método se está utilizando en la División de la Cabeza India del Centro de Guerra de Superficie Naval . Otro método de producción es la síntesis electrotérmica, desarrollada por NovaCentrix, que utiliza un arco de plasma pulsado para vaporizar el aluminio. Los polvos fabricados mediante los procesos de condensación dinámica en fase gaseosa y síntesis electrotérmica son indistinguibles. [7] Un aspecto crítico de la producción es la capacidad de producir partículas de tamaños en el rango de decenas de nanómetros, así como con una distribución limitada de tamaños de partículas. En 2002, la producción de partículas de aluminio de tamaño nanométrico requería un esfuerzo considerable y las fuentes comerciales para el material eran limitadas. [2]
Una aplicación del método sol-gel , desarrollado por Randall Simpson, Alexander Gash y otros en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , se puede utilizar para hacer las mezclas reales de materiales energéticos compuestos nanoestructurados. Dependiendo del proceso, se pueden producir MIC de diferente densidad. Se pueden lograr productos altamente porosos y uniformes mediante extracción supercrítica. [2]
Como ocurre con todos los explosivos, la investigación sobre el control y la simplicidad ha sido un objetivo de la investigación de los explosivos a escala nanométrica. [2] Algunos pueden encenderse con pulsos láser . [2]
Se han investigado los MIC como un posible reemplazo del plomo (por ejemplo, estifnato de plomo , azida de plomo ) en cápsulas fulminantes y cerillas eléctricas . Se suelen utilizar composiciones basadas en Al-Bi2O3 . Se puede añadir PETN opcionalmente. [8]
El polvo de aluminio se puede añadir a los nanoexplosivos . El aluminio tiene una tasa de combustión relativamente baja y una entalpía de combustión alta . [9]
Los productos de una reacción termita, resultantes de la ignición de la mezcla nanotermítica, son generalmente óxidos metálicos y metales elementales. A las temperaturas reinantes durante la reacción, los productos pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos, dependiendo de los componentes de la mezcla. [10]
Al igual que la termita convencional, la supertermita reacciona a temperaturas muy altas y es difícil de extinguir. La reacción produce una luz ultravioleta (UV) peligrosa, por lo que es necesario no observarla directamente o utilizar protección ocular especial (por ejemplo, una máscara de soldador).
Además, las supertermitas son muy sensibles a las descargas electrostáticas (ESD). Rodear las partículas de óxido metálico con nanofibras de carbono puede hacer que las nanotermitas sean más seguras de manipular. [11]
{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: postscript ( enlace )