В оборонной сфере растет спрос на высокоэффективные энергетические материалы, и ученые активно исследуют, как улучшить горение и энерговыделение метастабильных композитов (MIC).

Метастабильные интермолекулярные композиты (MIC) — это смеси металлов и окислителей (например, полимеров), которые не реагируют при обычных условиях, но при поджиге выделяют огромную энергию. Их называют «метастабильными», потому что они словно застыли на грани реакции: толчок — и процесс уже не остановить.

Команда профессора Линь Цзяна из Нанкинского университета науки и технологий изучила, как ведут себя при горении два состава: алюминий-магний и алюминий-кремний с поливинилиденфторидом (PVDF).

Результаты опубликованы в издании Defence Technology.

Мы хотели понять, как разные сплавы алюминия влияют на горение и выделение энергии в сочетании с PVDF, — объясняет Цзян. — Для сравнения взяли чистый алюминий, а также сплавы Al-Mg и Al-Si, после чего приготовили из них композиты двумя способами: просто смешали порошки и создали частицы с оболочкой из PVDF.

Ученые использовали несколько методов анализа:

1. электронная микроскопия (SEM) и рентгеновская спектроскопия (EDS) — чтобы изучить структуру частиц;
2. рентгеноструктурный анализ (XRD) — для определения состава;
3. эксперименты с горением и замером давления в закрытой камере;
4. термогравиметрический анализ (TG-DSC) — чтобы отследить, как материалы ведут себя при нагреве.

Оказалось, что частицы с PVDF-оболочкой, полученные методом электростатического распыления (ES), горят лучше, чем обычная смесь порошков.

У них четкая структура «ядро-оболочка», где металл плотно контактирует с полимером. При этом Al-Mg и Al-Si по-разному влияют на процесс:

• Al-Mg усиливает реакцию за счет образования активных соединений;
• Al-Si меняет теплопередачу, замедляя, но стабилизируя горение.

Этот эксперимент важен для создания более эффективных твердых топлив и пиротехнических составов. Если научиться точно управлять горением за счет состава сплава и структуры частиц, можно:

• увеличить дальность ракет без роста массы заряда;
• снизить риск непредсказуемого воспламенения;
• сделать детонаторы надежнее.

Особенно интересно применение в микроэлектронике для инициации процессов — там важны и скорость, и контроль.

Отметим, что исследование не учитывает, как поведет себя материал в реальных условиях — например, при вибрации или перепадах влажности. PVDF гигроскопичен, и если оболочка наберет воду, это может изменить характеристики горения. Также нет данных о долговременной стабильности: со временем металл и полимер могут реагировать друг с другом даже без нагрева.

Ранее ученые нашли способ использовать нефтешлам.