توليد ماده کامپوزيتي با دماي خوداشتعالي پايين و چگالي انرژي بالا

[شه پری]

محققان آزمايشگاه آناليز و معماري سيستم‌ها (CNRS) در تولوس فرانسه به‌همراه پژوهشگراني از مرکز ميان‌دانشگاهي تحقيقات و مهندسي مواد (دانشگاه تولوس) يک ماده کامپوزيتي ساخته‌اند که چگالي انرژي آن به‌عنوان يک ماده انفجاري جامد معادل چگالي انرژي نيتروگليسيرين است. در توليد اين ماده از يک فرايند توليد خلاقانه استفاده شده است که در آن، نانوذرات در تماس با رشته‌هاي DNA قرار داده مي‌شوند. سپس اين رشته‌هاي DNA انواع مختلف نانوذرات استفاده شده را آرايش مي‌دهند. انرژي آزاد شده و دماي احتراق اين ماده انفجاري جديد جزء بهترين نتايجي است که تاکنون در نوشته‌هاي علمي منتشر شده است. از اين ماده مي‌توان براي تأمين انرژي سيستم‌هاي مختلف در کاربردهاي فضايي و زيست‌محيطي بهره برد.

دو جزء اصلي اين ماده کامپوزيتي نانوذرات آلومينيوم و اکسيد مس هستند. با وجودي که ايده استفاده از ترکيب آلومينيوم و اکسيد مس براي توليد انرژي جديد نيست (از اين ترکيب زماني براي جوش دادن ريل‌هاي راه اهن استفاده مي‌شد)، اما اين براي اولين بار است که از رشته‌هاي DNA براي آرايش دادن اين ذرات بهره برده مي‌شود.

اما چرا در اين کار از DNA استفاده شده است؟ دو رشته مکمل DNA زماني که کنار يکديگر قرار بگيرند، با يکديگر پيوند يافته و يک زنجيره دورشته‌هاي محکم را ايجاد مي‌کنند (همانند رشته‌هاي DNA درون سلول‌هاي بدن). محققان از اين ويژگي پيونديابي استفاده کرده‌اند. آنها رشته‌هاي مکمل DNA را به‌صورت جداگانه روي ذرات نانومقياس آلومينيوم و اکسيد مس پيوند دادند؛ سپس اين دو نانوذره مختلف را که با رشته‌هاي DNA روکش‌دهي شده‌ بودند، با يکديگر مخلوط نمودند. در نتيجه رشته‌هاي مکمل هم روي هر نوع نانوذره با يکديگر پيوند يافته و پودر اوليه آلومينيوم و اکسيد مس را به يک ماده جامد فشرده تبديل مي‌سازند که در دماي 410 درجه سانتي‌گراد به‌صورت خودبه‌خودي شعله‌ور مي‌شود. اين يکي از پايين‌ترين دماهاي احتراق خودبه‌خودي است که تاکنون گزارش شده است.

علاوه بر دماي اشتعال پايين، مزيت ديگر اين کارمپوزيت دارا بودن چگالي انرژي بالا، در حد چگالي انرژي نيتروگليسيرين است. احتراق مقدار مشخصي از اين ماده کامپوزيتي در مقايسه با ترکيب مجزاي آلومينيوم و اکسيد مس، انرژي بيشتري آزاد مي‌کند. اين محققان با بهره‌گيري از مساحت سطحي بالاي نانوذرات توانسته‌اند به بيشترين مقدار انرژي آزاد شده‌ي ممکن از نظر تئوري براي اين واکنش گرمازا دست يابند.

جزئيات اين کار در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.


منبع http://www.nano.ir/newstext.php?Code=10302