Nanotermita

La nanotermita o supertermita es un compuesto intermolecular metaestable (MIC) caracterizado por un tamaño de partícula de sus principales constituyentes, un combustible metálico y un oxidante , inferior a 100 nanómetros . Esto permite velocidades de reacción elevadas y personalizables. Las nanotermitas contienen un oxidante y un agente reductor íntimamente mezclados a escala nanométrica. Los MIC, incluidos los materiales nanotermíticos, son un tipo de materiales reactivos que se investigan para uso militar, así como para aplicaciones generales relacionadas con propelentes, explosivos y pirotecnia .

Lo que distingue a los MIC de las termitas tradicionales es que el oxidante y el agente reductor, normalmente óxido de hierro y aluminio , se presentan en forma de polvos extremadamente finos ( nanopartículas ). Esto aumenta drásticamente la reactividad en comparación con la termita en polvo de tamaño micrométrico . Dado que los mecanismos de transporte de masa que ralentizan la velocidad de combustión de las termitas tradicionales no son tan importantes a estas escalas, la reacción se produce mucho más rápidamente.

Históricamente, las aplicaciones pirotécnicas o explosivas de las termitas tradicionales se han visto limitadas debido a sus tasas de liberación de energía relativamente lentas. Dado 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 se desarrollan generalmente para uso militar, como propelentes , explosivos, dispositivos incendiarios y pirotecnia . La investigación sobre aplicaciones militares de materiales a nanoescala comenzó a principios de la década de 1990. ^{[ 2 ]} Debido a su elevada velocidad de reacción, los materiales nanotermíticos están siendo estudiados por el ejército estadounidense 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 controlar la liberación de esta energía. Las armas termobáricas son una posible aplicación de los materiales nanoenergéticos. ^{[ 4 ]}

Existen muchas combinaciones termodinámicamente estables de combustible y oxidante. Algunas de ellas son:

• Óxido de aluminio - molibdeno(VI)
• Óxido de aluminio- cobre(II)
• Óxido de aluminio- hierro(II,III)
• Antimonio - permanganato de potasio
• permanganato de aluminio y potasio
• Óxido de aluminio- bismuto(III)
• Hidrato de óxido de aluminio- tungsteno(VI)
• Fluoropolímero de aluminio (típicamente Viton )
• Titanio - boro (se quema formando diboruro de titanio , que pertenece a una clase de compuestos llamados compuestos intermetálicos).

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 . El PTFE u otro fluoropolímero puede usarse como aglutinante para la composición. Su reacción con el aluminio, similar a la termita de magnesio/teflón/viton , agrega energía a la reacción. ^{[ 5 ]} De las composiciones enumeradas, la que contiene permanganato de potasio tiene la mayor tasa de presurización . ^{[ 6 ]}

El método más común para preparar materiales nanoenergéticos es mediante ultrasonidos en cantidades inferiores a 2 g. Se han realizado investigaciones para aumentar la escala de producción. Debido a la alta sensibilidad a las descargas electrostáticas (ESD) de estos materiales, actualmente lo habitual son cantidades inferiores a 1 gramo.

El nanoaluminio, o aluminio de grano ultrafino (UFG), es un componente clave de la mayoría de los materiales nanotermíticos. Un método para producir este material es la condensación dinámica en fase gaseosa, desarrollada por Wayne Danen y Steve Son en el Laboratorio Nacional de Los Alamos . Una variante de este método se utiliza en la División Indian Head 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 obtenidos mediante la condensación dinámica en fase gaseosa y la 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 partícula. En 2002, la producción de nanopartículas de aluminio requería un esfuerzo considerable y las fuentes comerciales del material eran limitadas. ^{[ 2 ]}

Una aplicación del método sol-gel , desarrollado por Randall Simpson, Alexander Gash y otros en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , puede utilizarse para fabricar mezclas de materiales energéticos compuestos nanoestructurados. Dependiendo del proceso, se pueden producir MIC de diferente densidad. Mediante extracción supercrítica se pueden obtener productos altamente porosos y uniformes. ^{[ 2 ]}

Los tipos de producción más comunes son en líquidos o mediante mezcla acústica resonante. Sin embargo, también se utilizan métodos más complejos como los mencionados anteriormente. ^{[ 8 ]}

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 (por ejemplo, estifnato de plomo , azida de plomo ) en cápsulas fulminantes y cerillas eléctricas . Se suelen utilizar composiciones basadas en Al-Bi₂O₃ _{. Opcionalmente} , se puede añadir PETN . ^{[ 9 ]}

Se puede añadir polvo de aluminio a los nanoexplosivos . El aluminio tiene una velocidad de combustión relativamente baja y una entalpía de combustión alta . ^{[ 10 ]}

Los productos de una reacción termita, resultantes 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. ^{[ 11 ]}

Al igual que la termita convencional, la supertermita reacciona a temperaturas muy elevadas y es difícil de extinguir. La reacción produce luz ultravioleta (UV) peligrosa, por lo que es necesario evitar observarla directamente o usar protección ocular especial (por ejemplo, una máscara de soldador).

Además, las supertermitas son muy sensibles a las descargas electrostáticas (ESD). Recubrir las partículas de óxido metálico con nanofibras de carbono puede hacer que las nanotermitas sean más seguras de manipular. ^{[ 12 ]}

• Termato
• composición pirotécnica

• Síntesis y reactividad de una formulación compuesta intermolecular metaestable superreactiva de Al/KMnO4
• Compuestos intermoleculares metaestables para cartuchos de pequeño calibre y dispositivos accionados por cartucho.
• Rendimiento de los materiales energéticos nanocompuestos Al-MoO3
• John J. Granier (mayo de 2005). Características de combustión de nanopartículas de Al y termitas nanocompuestas de Al+ _MoO3 (PDF) (tesis doctoral). Universidad Tecnológica de Texas. Archivado del original (PDF) el 8 de septiembre de 2008. Recuperado el 3 de mayo de 2009 .