La nanotermita o supertermita es un compuesto intermolecular (MIC) metaestable caracterizado por un tamaño de partícula de sus constituyentes principales, un metal y un óxido metálico , inferior a 100 nanómetros . Esto permite velocidades de reacción altas y personalizables. Las nanotermitas contienen un oxidante y un agente reductor , que están íntimamente mezclados 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 propulsores, explosivos y pirotecnia .
Lo que distingue a las MIC de las termitas tradicionales es que el oxidante y un 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 masivo que ralentizan la velocidad de combustión de las termitas tradicionales no son tan importantes a estas escalas, [ cita necesaria ] la reacción avanza 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 MIC o supertermitas generalmente se desarrollan para uso militar, propulsores , explosivos, dispositivos incendiarios y pirotecnia . La investigación sobre las aplicaciones militares de materiales de tamaño nanométrico comenzó a principios de los años 1990. [2] Debido a su velocidad de reacción muy aumentada, el ejército estadounidense está estudiando los materiales nanotermíticos 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 utilizarse de formas innovadoras para adaptar la liberación de esta energía. Las armas termobáricas son una aplicación potencial de los materiales nanoenergéticos. [4]
Hay muchas combinaciones posibles de combustible-oxidante termodinámicamente estables. Algunos de ellos son:
En la investigación militar, el óxido de aluminio-molibdeno , el 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 , añade 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 ultrasonificación en cantidades inferiores a 2 g. Se han desarrollado algunas investigaciones para aumentar las escalas de producción. Debido a la muy alta sensibilidad a las descargas electrostáticas (ESD) de estos materiales, actualmente son típicas escalas de menos de 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 Alamos . Una variante del método se utiliza en la División Jefe Indio del Centro de Guerra Naval de Superficie . Otro método de producción es la síntesis electrotérmica, desarrollada por NovaCentrix, que utiliza un arco de plasma pulsado para vaporizar el aluminio. Los polvos obtenidos mediante los procesos de condensación dinámica en fase gaseosa y de 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 requirió un esfuerzo considerable y las fuentes comerciales para el material eran limitadas. [2]
Se puede utilizar una aplicación del método sol-gel , desarrollado por Randall Simpson, Alexander Gash y otros en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , para crear 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 sobre explosivos a nanoescala. [2] Algunos pueden encenderse con pulsos láser . [2]
Se han investigado los MIC como posible sustituto del plomo (p. ej., estifnato de plomo , azida de plomo ) en fulminantes y cerillas eléctricas . Se suelen utilizar composiciones basadas en Al-Bi 2 O 3 . Opcionalmente se puede añadir PETN . [8]
Se puede añadir polvo de aluminio a los nanoexplosivos . El aluminio tiene una tasa de combustión relativamente baja y una alta entalpía de combustión . [9]
Los productos de una reacción de termita, que resulta de la ignición de la mezcla nanotermítica, suelen ser óxidos metálicos y metales elementales. A las temperaturas que prevalecen 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 peligrosa luz ultravioleta (UV), lo que requiere que la reacción no se vea directamente o que se use 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]
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