Name: preparation and reactivity of gasless nanostructured energetic materials
Uploaded: 2015-04-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 50 s
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This material is based upon work supported by the Department of&#160;Energy, National Nuclear Security Administration,&#160;under Award Number DE-NA0002377. Funding from the Defense Threat Reduction Agency (DTRA), Grant Number HDTRA1-10-1-0119. Counter-WMD basic research program, Dr. Suhithi M. Peiris, program director is gratefully acknowledged. This work was also supported by the Ministry of Education and Science and Education of the Russian Federation in the framework of Increase Competitiveness Program of NUST &#8220;MISIS&#8221; grant No. K2-2014-001.

1. 고 - 에너지 볼 밀링 <ol><li> 1 몰비 니켈 + 알 혼합물 : 초기 1 35g을 준비한다. 이 경우에, 11.02 g의 Al 및 Ni 분말 23.98 g을 단다. </li><li> 이 시스템의 HEBM의 강 밀링 항아리를 사용합니다. 항아리가 추가 될 분말보다 높은 경도를 가지고 있는지 확인하십시오, 그렇지 않으면 분말은 항아리가 손상되고 오염이 발생할 것입니다. 참고 : 일반적인 항아리 선택은 철강, 산화 지르코늄, 또는 텅스텐 카바이드를 포함한다. </li><li> 1 공 : 5 사용이 시스템에 대한 분말 (충전 비율), 즉, 10mm 강철 공 175g. 공 달리 공 또는 단지 하나가 손상 될 항아리와 같은 재질을 이용하여 형성되어 있는지 확인. 주 : 투입 비율은 분말 및 밀링 에이전트 간의 상호 작용의 세기를 정의한다. </li><li> 항아리에 공 및 분말을 추가합니다. </li><li> 항아리를 밀봉하고, 아르곤에 의해 기계적인 펌프 및 퍼지하여 항아리에서 분위기 가스 펌프. 충전 및 아르곤 가스로 퍼지 네주기를 실시(이는 용기 내에 잔존 산소가 존재하지 않도록). 마지막으로, 약간 (0.13 MPa의) 대기압보다 아르곤 가스로 항아리를 채우십시오. </li><li> 유성 볼 밀에 항아리를 삽입합니다. </li><li> 항아리의 회전 속도에 대한 분 (RPM) 당 650 혁명과 내부 회전 (태양 휠) 1,400 RPM을 선택합니다. 주 : 일부 경우에, 합계 휠 (1400 RPM) 밀링 병 (700 1,300 rpm까지)의 회전비 (k)는 복합 입자의 미세 구조를 조절하도록 변화되었다. </li><li> 15 분 동안 HEBM 절차를 실행합니다. 참고 : 시스템은 기술 조건, 17 분에 해당하는 중요한 시간을 가지고있다. 반응 용기에서 발생하기 전에 시스템에서 수행 될 수 밀링이 정해져있다. HEBM가 더 중요한 시간 이상 실시하는 경우, 반응은 실험을 망치고, 볼 밀링 항아리에 발생합니다. </li><li> 밀링 시간 종료 후, RT에 항아리를 냉각하고 흄 후드에 항아리를 이동합니다.<ol><li> 초기 가압 밀링 동안 방출 가능한 가스로부터 여분의 가스 압력을 제거하기 위해 항아리를 환기. </li><li> 흄 후드 아래에있는 항아리에서 뚜껑을 제거합니다. 형성된 분말은 매우 반응성이 같은 항아리를 열 때주의하십시오. 내열 장갑과 보안경을 착용 항아리를 엽니 다. </li><li> 파우더를 수집하기 전에, &quot;보호&quot;에 대한 5 분 이상 공기에 노출. 참고 :이 혼합물을 처리하는 동안 발생할 수있는 자발적인 반응을 방지 할 수 있습니다. </li></ol></li></ol> 정력 재료 2. 반응성 특성 <ol><li> 항아리에서 분말을 수집합니다. 이 절차 금속 주걱을 사용하지 마십시오. <ol><li> 입자 분류 및 분리가 요구되는 경우, 자체를 이용한다. 적절한 분리가 완료되었는지 확인하려면 오랜 시간 (12 + 시간)에 대한 체 통을 사용합니다. 10 μm의에서 10 ~ 20 μm의, 20-53 μm의, 각종 크기의 빈 (에 분말을 분류보브 53 μm의). 이후이 시점에서, 20-53 μm의 크기의 입자를 사용합니다. </li></ol></li><li> 2.0 분의 체류 시간에 대한 5mm 스테인리스 스틸 프레스 다이 (1360 MPa의)에 1,100kg으로 설정 단축 프레스를 사용하여 펠렛으로 정립 분말을 누릅니다. 마이크로 미터 펠릿의 높이 (H)와 직경 (d)를 기록한다. 규모와 샘플 (m)의 무게를 기록한다. 여기에서, 펠렛의 밀도를 결정한다. 하기 식으로 이론적 최대 밀도 퍼센트 (TMD의 %)을 계산한다 : <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/52624/52624eq1.jpg" width="400" /> 여기서 알, 니켈 - 알루미늄과 니켈의 원자 무게; ρ Al 및 ρ 니켈 - 알루미늄과 니켈의 밀도. 분말의 첨가 비율이 화학량 초기 분말의 비율을 유지하고 있음을 가정한다. <ol><li> 원통형 펠릿 반응 앞의 연소 전면의 전파 속도 및 온도 프로파일을 결정하는 데 사용되는 경우,그것은 높이와 지름의 비율에 의해 결정, 충분히 높이 지 확인하는해야 ≥2 (예를 들어, D = 5mm, 시간 ≥ 10mm)합니다. </li><li> 펠릿 점화 파라미터를 정의하는 데 사용되는 경우, 얇은 디스크 (예를 들면, 직경 = 5mm, 두께 = 1mm)를 사용한다. </li></ol></li><li> 연소 특성을 정의하려면, 흑연 판에 샘플을 배치합니다. </li><li> 변수 변압기에 부착 된 코일 텅스텐 와이어를 확인합니다. </li><li> 와이어의 코일 부분이 펠릿의 상단에 달려하도록 W 코일을 배치합니다. 반응계 민감한 산소 인 경우, 무산소 반응 챔버에서 이렇게 달리 야외에서 반응을 수행한다. </li><li> 연소 전파 속도를 결정하기 위해, 고속 카메라를 사용하여 기록. 위치 및 테스트 샘플에 고속 열 화상 카메라를 집중하고 녹화를 시작합니다. 이는 수집 될 정확한 온도 및 연소 속도 정보를 가능하게 할 것이다. </li><li&gt; 천천히 가열하기 위해 텅스텐 와이어의 원인에 변수 변압기를 켭니다. 반응은 시작하고 전파됩니다. </li><li> 연소 공정의 원하는 파라미터를 얻기 위해, 기록 IR 영화의 프레임 분석을 수행함으로써 프레임. <ol><li> 대 시간 반응 전면의 전파 위치를 그린다. 플롯의 기울기의 평균 연소 속도를 얻습니다. </li><li> 샘플의 중간 지점에서의 온도 변화를 그린다. 파의 반응 온도 시간 프로파일에 대한 정보를 얻기 위해 얻어진 그래프를 사용한다. </li></ol></li><li> 점화 특성 (점화 온도 및 점화 지연 시간)을 정의하기 위해 소정 온도로 예열 된 핫 플레이트에 넣어 얇은 디스크 (예를 들어, 800 K). 매개 변수가 변경되는 경우가 펠렛의 크기, 열판의 온도, 또는 TMD 여부를이 실험에서 얻은 정확한 값이 크게 달라질 수 있습니다. 이 분석은 determinat에 유용동향의 이온. <ol><li> 결정하기 위해 점화 파라미터는 고속 카메라를 사용한다. 위치 및 샘플은 핫 플레이트에 배치하고 녹음을 시작합니다 지역에 고속 열 초점을 맞 춥니 다. 주 :이 프로세스 동안 정확한 온도 정보를 가능하게 할 것이다. <ol><li> 반응이 산소 민감성 인 경우 무산소 반응 챔버에서 이것을 수행한다. 중요 : 좋은 통계 데이터 집합을 얻기 위해이 실험을 여러 번 실행합니다. </li></ol></li><li> 초점의 영역으로 펠릿을 넣습니다. 입자는 모든 프레임에서 볼 수있는 방식으로이를 수행 - 그것은 펠릿 열판 닿을 첫 번째 프레임을 참조하는 것이 중요하다. </li><li> 원하는 점화 파라미터를 얻기 위해, 기록 IR 영화의 프레임 분석을 수행함으로써 프레임. </li><li> 펠릿은 반응 개시로, 핫 플레이트의 표면에 접촉 할 때, 첫 번째 프레임 사이의 시간을 결정하는, 점화 지연 시간을 결정한다. </리&gt; <li> 점화 온도를 결정하기 위해, 입자의 최고 온도 지점을 플롯. 시간 - 온도 프로파일이 열적 폭발성 체제의 것과 예열 온도 프로파일에서의 전환 된 경우에, 변곡점은 점화 온도를 일치한다. </li></ol></li></ol> 초점 이온 빔에 의해 장착 전계 방출 주사 전자 현미경 (FESEM)를 사용하여 3. 미세 분석 (FIB) <ol><li> 주사 전자 현미경 (SEM) 샘플 홀더의 표면 상에 10 ㎖의 에탄올 및 예금 현탁액에 한 방울 입자의 제조 0.1 g 서스펜드. </li><li> 5 분 동안 90 ° C에서 샘플 홀더를 건조. </li><li> 듀얼 빔 FIB / SEM 시스템에 샘플을 삽입합니다. </li><li> 5 분 동안 샘플 플라즈마 세정을 실시한다. 주 :이 표본은 전자빔 (E-광선)에 노출에서 경험할 손상의 양을 감소시킨다. </li><li> E-빔 (5 kV로, 3.5 NA)를 켜고 하나의 입자에 초점을 맞 춥니 다. 링크 t그는 작동 거리에 Z-​​높이, 다음 eucentric 높이로 샘플을 올립니다. </li><li> 가스 주입 바늘 E-빔을 이용하여, 갈륨 이온 빔 (I-빔)의 사용에서 열화로부터 보호하기 위해 샘플 상에 백금 (70 ㎚)의 초기 층을 증착. </li><li> 52 °에 샘플을 기울여 다음 I-빔을 켭니다. 가스 주입 바늘 다시, I - 빔 (5 kV로, 0.28의 NA)를 사용하여 보호를 위해 샘플 상에 백금 (0.5 μm의)의 부가 층을 침착. </li><li> 샘플에 신탁 마크를 잘라. 밀 사각 형상으로 입자. 이것은 크게 여러 상처와 사용하는 코너가있을 것입니다 때문에, 적절한 수탁자가 될 가능성을 증가시킨다. </li><li> 프로그램의 도움으로, I - 빔 입자 조각. <ol><li> 이미지가 저장 될 디렉토리를 선택 후 &quot;파일&quot; &quot;이미지 저장 위치&quot;를 선택합니다. </li><li> 각각의 입자에 따라 적절한 폭, 렌을 선택GTH, 깊이; 입자의 전체 볼륨을 완전히 밀에이를 선택합니다. 또한, 슬라이스의 수뿐만 아니라, 이미지마다 조각의 수를 선택한다. 이 옵션은 &quot;슬라이스&quot;탭에서 찾을 수 있습니다. </li><li> &quot;유틸리티&quot;다음 &quot;전류를 추천&quot;을 선택하여 빔 전류를 설정합니다. 참고 :이 샘플 손상으로부터 지키는 동안 프로그램이 적절한 시간에 밀에 샘플을 적절한 빔 전류를 선택할 수 있습니다. </li><li> &quot;표시&quot;를 클릭하고 소프트웨어는 입자의 일부가 가공됩니다 보여줍니다 시각적 밀링 그리드를 제공 할 것입니다; 밀링 그리드가 가공 될 부분에 입자를 통해 정확하게 배치되어 있는지 확인합니다. </li><li> 각 슬라이스 후 나중에 재구성 고품​​질의 전자 빔 이미지를 촬영. 적절한 전자 빔 매개 변수를 선택하려면 &quot;EBeam 이미지 스캔 매개 변수&quot; &quot;설정&quot;메뉴를 선택하고 선택합니다. 참고 :이 그리드를 줄 것이다해상도를 선택하고 드웰 시간입니다. 체류 시간이 높을수록, 더 많은 시간이 그 화상을 수집한다. </li></ol></li><li> 앞서 설명한 바와 같이 25 3D 재구성 소프트웨어 패키지를 이용하여, FIB / SEM으로부터 수집 된 이미지들의 세트를 재구성. 주 :이 후 표면적 접촉, 개별 입자의 기공율, 확산층의 두께뿐만 아니라 수많은 다른 유용한 매개 변수를 계산하는 데 사용될 수있다 입자의 완전한 3D 버추얼 카피를 산출한다. </li></ol>

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저자가 공개하는 게 없다.

프로토콜은 단기 HEBM 방법을 이용하여 맞춤형 마이크​​로 구조와 반응성 정력적 TI (C +, C + 타행, 니켈 + Al)과 나노 복합 재료의 제조에 대한 상세한 설명을 제공한다. gasless 이종 혼합물 HEBM은 혼합물의 입자는 예를 들어 플라스틱 부품의 취성 구성 요소의 고장 (예, 흑연) 및 변형 (알 충분한 힘으로 기계적 충격을 받게되는 고속 유성 볼밀, 그들의 처리를 수반 , 티, 따, NI). 과...

고전 에너지 재료, 즉, 폭발물, 추진제 및 불꽃 급속한 발열 반응 1-5 중에 방출 될 수있다 저장된 화학 에너지의 높은 양의 물질의 한 부류이다. 예를 들어, 폭발물은 일반적으로 연료와 산화제기를 조합함으로써 생성된다 한 분자. 이들 물질의 에너지 밀도는 매우 높다. 예를 들어, 분해시 트리니트로 톨루엔 (TNT)은 7.22 kJ의 / cm (3)를 해제하고 매우 짧은 시간에 100g (표 1) 당 8.36 몰의 가스를 형성한다. 이러한 자료는 마이크로 미터 규모의 유기 및 무기 종 (연료 및 산화제)로 구성된다. 테르밋 용접 금속을 감소 반응이 무기 화합물 사이에 발생하는 시스템, 즉, (예를 들어, 알) 및 산화물 (O 3 철 2, CuO를, 동성 2 O 3), 에너지 물질의 또 다른 유형에 속한다. 에너지 밀도(15-21 kJ의 / cm 3)과 같은 시스템의 TNT 그러나 제품 가스의 양 (100g 당 0.15 내지 0.6 몰)이 전형적 폭발물 (표 1)보다 훨씬 작다는 것을 초과한다. 또한, 나노 테르밋 (thermite)은 연소 전파 (&gt; 1,000m / 초) 2 -5 매우 높은 속도를 표시 할 수 있습니다. 그것은 최근에 gasless 이종 반응 시스템 간 또는 불응 성 화합물을 형성 (니켈 + 알, 티 + C, 티 + B)의 숫자도 에너지 물질로 간주 될 수있는 6-12 나타났다. 이러한 시스템의 에너지 밀도 (kJ의 / cm 3) TNT (표 1)보다 가깝거나 더 높다. 동시에, 반응 중에 가스 생성물의 부재 등의 나노 물질 합성, 내화물 및 이질 접합 부분의 반응성, gasless 마이크로 발전기, 11-17 비롯한 다양한 용도 등이 우수한 재료를 후보를 만든다. 그러나, REL테르밋 (thermite)과 비교하여 이러한 시스템 (900-3,000 K, 표 1 참조) (1000 ~ K)의 atively 높은 점화 온도는 애플리케이션을 방해. 설계 나노 복합체의 제조는 크게 gasless 이종 시스템 12-14, 17 및 점화 연소 특성을 향상시킬 수있다. 많은 방법들이이 18,19 혼합 초음파 등의 나노 복합 재료 설계 정력을 제조하기 위하여 개발 된, 자기 조립은 졸겔 20-22 기상 증착 기법 16,17,23,24뿐만 아니라, 고 에너지 5, 접근 볼 밀링 (HEBM) 1,5. 나노 분말의 혼합, 초음파의 단점은 금속 나노 입자의 두께 (5-10 nm 인) 산화물 쉘 에너지 밀도를 감소시키고, 반응 혼합물의 연소 성능이 저하한다는 것이다. 또한, 연료와 산화제의 분포가 균일하지 않고, 반응물 간의 계면 접촉 친밀한 아니다. 졸겔D 자기 조립 전략은 특정 테르밋 나노 복합체의 제조를 위해 개발되었다. 저가의 기술에도 불구하고, 그 전략은 환경적인 관점에서 녹색 없습니다. 또한, 불순물의 많은 양이 제조 복합체로 도입된다. 증착법 또는 마그네트론 스퍼터링, 반응성 멀티 층 포일 및 코어 - 쉘 내 에너지 물질을 제조하는데 사용된다. 그것은 이론적 모델링을 간소화하고 정확도를 향상 복합 재료의 기공이없고 잘 정의 된 지오메트리를 제공합니다. 그러나,이 기술은 확장 할 비싸고 어렵다. 또한, 제조 된 나노 복합 재료 층은 특정 조건에서 불안정하다. 고 에너지 볼 밀링 (HEBM)는 나노 에너지 복합 5, 9 -14 효율적으로 제조 할 수있는 환경 친화적 인, 쉽게 확장 방법입니다. HEBM가 저렴하고 다양한 반응성 물질 조성물 (함께 사용할 수있는 예를 들면,rmites, 금속 간 화합물, 탄화물, 붕화물 등)을 형성하는 반응. 프로토콜은 단기 HEBM 방법을 이용하여 맞춤형 마이크​​로 구조와 반응성 정력 (NI + AL, 티 + C, C + 타행) 나노 복합체의 제조에 대한 상세한 설명을 제공한다. 또한, 제조 된 AS-에너지 재료의 점화 / 연소 특성을 결정하는 고속 열 전사 기술을 설명한다. 마지막으로 집속 이온 빔 (FIB)에 의해 장착 전계 방출 주사 전자 현미경 (FESEM)을 이용하여 나노 복합 재료의 미세 구조의 분석을 나타낸다. 프로토콜 중 높은 에너지 밀도 소스 또는 연소 기반 접근법에 의해 진보 된 나노 물질 합성 및 처리에 사용될 수 정력 다른 나노 물질 (gasless 테르밋 및 시스템)의 제조를위한 중요한 안내.

<table><tbody><tr><td>Titanium</td><td>Alfa Aesar</td><td>42624</td><td>Particle size: -325 mesh
&lt;br /&gt;Purity, 99.5%</td></tr><tr><td>Graphite</td><td>Alfa Aesar</td><td>46304</td><td>Particle size: 7-11 micron
&lt;br /&gt;Purity, 99%</td></tr><tr><td>Nickel</td><td>Alfa Aesar</td><td>10256</td><td>Particle size: 3-7 micron
&lt;br /&gt;Purity, 99.9%</td></tr><tr><td>Aluminum</td><td>Alfa Aesar</td><td>11067</td><td>Particle size: -325 mesh
&lt;br /&gt;Purity, 99.5%</td></tr><tr><td>Tantalum</td><td>Materion advanced chemicals</td><td>T-2017</td><td>Particle size: 325 mesh
&lt;br /&gt;Purity, 99.9%</td></tr><tr><td>Carbon lampblack</td><td>Fisher scientific</td><td>C198-500</td><td>Particle size: 0.1 micron
&lt;br /&gt;Purity, 99.9%</td></tr><tr><td>Tungsten wire</td><td>Mcmaster Carr</td><td></td><td>0.032&quot; diameter</td></tr><tr><td>Planetary Ball Mill</td><td>Retsch GmbH, Germany</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Uniaxial press</td><td>Carver Hydraulic</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sieve shaker</td><td>Gilson performer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cylindrical stainless steel press die</td><td>Action Machine</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stainless steel sieves</td><td>Mcmaster Carr</td><td>Type 304</td><td></td></tr><tr><td>High-speed thermal camera (SC6000)</td><td>FLIR</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Helios NanoLab 600, Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM) Equipped by Focus Ion Beam (FIB)</td><td>FEI</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cylindrical reactor with a vacuum pomp</td><td>Action Machine</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Autoslice and View (S&amp;amp;V)</td><td>FEI</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Avizo Fire</td><td>FEI</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

preparation and reactivity of gasless nanostructured energetic materials

고 에너지 볼 밀링 (HEBM)는 볼밀에 넣고 혼합 분말 공에서 고 에너지 충돌을 받는다 볼 밀링 공정이다. 다른 응용 프로그램 중에서는 볼륨 당 높은 에너지 밀도와 gasless 반응 나노 구조 재료의 효과적인 준비 (니켈 + 알, 따 + C, 티 + C)를 가능하게하는 다양한 기술이다. HEBM 동안에 일어나는 반응 매체의 구조적 변형은, 복합 에너지 생산에서 반응 메커니즘을 정의한다. 현상 조건에 따라 제조 된 복합 입자의 미세 밀링 유도의 미세 조정을 허용한다. 즉 턴 반응성에서 높은 에너지 밀도의 재료 자체 발화 온도, 점화 지연 시간뿐만 아니라, 반응 속도는, 미세 조직에 의존한다. 밀링 유도 미세 분석 결과가 나왔다 그 시약 사이 신선한 무산소 친밀한 고 표면적 콘택트의 형성 전반응성의 향상을 책임이야. 이는 점화 온도 및 지연 시간, 화학 반응의 비율이 증가하고, 반응의 효과적인 활성화 에너지의 전반적인 감소의 감소 드러난다. 프로토콜은 단기 HEBM 방법을 이용하여 맞춤형 마이크​​로 구조와 반응성 나노 복합체의 제조를위한 상세한 설명을 제공한다. 또한 에너지 재료의 점화 / 연소 특성을 결정하는 고속 열 전사 기술을 설명한다. 프로토콜은 에너지 나노 복합체의 제조 및 다양한 특성에 적용 할 수있다.

정력 나노 복합체를 제조하기 위해, 원하는 성분의 분말 혼합물 (전형적으로 마이크로 미터 크기)이 미리 설정된 기계적 밀링 조건 하에서 처리된다. 처리 시간 (일반적 분) 정확하게 구조적으로 균질 나노 입자를 생성하도록 제어되지만 자생적 화학 반응을 허용하지 않는 것은 밀링하는 동안 시작합니다. 크기 순서에 의해 복합 입자의 증가 반응물 사이의 접촉 면적이 초기 ...

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Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

이 프로토콜은 (HEBM) 기술을 밀링 단기 고 에너지 공을 사용 gasless 나노 구조 에너지 재료 (니켈 + 알, 따 + C, 티 + C)의 제조에 대해 설명합니다. 또한 제조 된 나노 복합 재료의 기계적 반응을 연구하는 고속 열 전사 방법을 설명한다. 이러한 프로토콜은 다른 반응성 나노 에너지 재료로 확장 될 수있다.

준비 및 Gasless 나노 구조의 반응성 정력 재료

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the ...

preparation-reactivity-gasless-nanostructured-energetic

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

10.1K 조회수.  University of Notre Dame.  이 프로토콜은 (HEBM) 기술을 밀링 단기 고 에너지 공을 사용 gasless 나노 구조 에너지 재료 (니켈 + 알, 따 + C, 티 + C)의 제조에 대해 설명합니다. 또한 제조 된 나노 복합 재료의 기계적 반응을 연구하는 고속 열 전사 방법을 설명한다. 이러한 프로토콜은 다른 반응성 나노 에너지 재료로 확장 될 수있다. 

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Simultaneous Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes and Graphene in a Magnetically-enhanced Arc Plasma

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very promising application for molecular sensors, field effect transistor and super thin and flexible electronic devices1-4. Anodic arc discharge supported by the erosion of the anode material is one of the most practical and efficient methods, which can provide specific non-equilibrium processes and a high influx of carbon material to the developing structures at relatively higher temperature, and consequently the as-synthesized products have few structural defects and better crystallinity.
 To further improve the controllability and flexibility of the synthesis of carbon nanostructures in arc discharge, magnetic fields can be applied during the synthesis process according to the strong magnetic responses of arc plasmas. It was demonstrated that the magnetically-enhanced arc discharge can increase the average length of SWCNT 5, narrow the diameter distribution of metallic catalyst particles and carbon nanotubes 6, and change the ratio of metallic and semiconducting carbon nanotubes 7, as well as lead to graphene synthesis 8. 
 Furthermore, it is worthwhile to remark that when we introduce a non-uniform magnetic field with the component normal to the current in arc, the Lorentz force along the J&times;B direction can generate the plasmas jet and make effective delivery of carbon ion particles and heat flux to samples. As a result, large-scale graphene flakes and high-purity single-walled carbon nanotubes were simultaneously generated by such new magnetically-enhanced anodic arc method. Arc imaging, scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM) and Raman spectroscopy were employed to analyze the characterization of carbon nanostructures. These findings indicate a wide spectrum of opportunities to manipulate with the properties of nanostructures produced in plasmas by means of controlling the arc conditions.

Anodic arc discharge is one of the most practical and efficient methods to synthesize various carbon nanostructures. To increase the arc controllability and flexibility, a non-uniform magnetic field was introduced to process the one-step synthesis of large-scale graphene flakes and high-purity single-walled carbon nanotubes.

동시 단일 벽의 탄소 나노튜브의 합성과 자기 (磁 气) 향상된 아크 플라즈마에 Graphene

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very ...

연구

생체공학

Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs along the interface between the fuel and core materials. Simultaneously, dynamic changes in thermal and chemical potentials across the micro/nanostructured materials result in concomitant electrical energy generation induced by charge transfer in the form of a high-output voltage pulse. We demonstrate the entire procedure of a thermopower wave experiment, from synthesis to evaluation. Thermal chemical vapor deposition and the wet impregnation process are respectively employed for the synthesis of a multi-walled carbon nanotube array and a hybrid composite of picric acid/sodium azide/multi-walled carbon nanotubes. The prepared hybrid composites are used to fabricate a thermopower wave generator with connecting electrodes. The combustion of the hybrid composite is initiated by laser heating or Joule-heating, and the corresponding combustion propagation, direct electrical energy generation, and real-time temperature changes are measured using a high-speed microscopy system, an oscilloscope, and an optical pyrometer, respectively. Furthermore, the crucial strategies to be adopted in the synthesis of hybrid composite and initiation of their combustion that enhance the overall thermopower wave energy transfer are proposed.

A protocol for conducting thermopower wave experiments is presented. The synthesis of hybrid composites of a chemical fuel and micro/nanostructured material, manufacturing of a thermopower wave generator, and methods for measuring the corresponding physical phenomena are described.

열 전력 (thermopower) 파도의 연구에서 화학 연료 및 다중 벽 탄소 나노 튜브의 하이브리드 복합 재료의 제조 및 평가

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs ...

공학

Preparation of Carbon Nanosheets at Room Temperature

Amphiphilic molecules equipped with a reactive, carbon-rich "oligoyne" segment consisting of conjugated carbon-carbon triple bonds self-assemble into defined aggregates in aqueous media and at the air-water interface. In the aggregated state, the oligoynes can then be carbonized under mild conditions while preserving the morphology and the embedded chemical functionalization. This novel approach provides direct access to functionalized carbon nanomaterials. In this article, we present a synthetic approach that allows us to prepare hexayne carboxylate amphiphiles as carbon-rich siblings of typical fatty acid esters through a series of repeated bromination and Negishi-type cross-coupling reactions. The obtained compounds are designed to self-assemble into monolayers at the air-water interface, and we show how this can be achieved in a Langmuir trough. Thus, compression of the molecules at the air-water interface triggers the film formation and leads to a densely packed layer of the molecules. The complete carbonization of the films at the air-water interface is then accomplished by cross-linking of the hexayne layer at room temperature, using UV irradiation as a mild external stimulus. The changes in the layer during this process can be monitored with the help of infrared reflection-absorption spectroscopy and Brewster angle microscopy. Moreover, a transfer of the carbonized films onto solid substrates by the Langmuir-Blodgett technique has enabled us to prove that they were carbon nanosheets with lateral dimensions on the order of centimeters.

We present the synthesis of an amphiphilic hexayne and its use in the preparation of carbon nanosheets at the air-water interface from a self-assembled monolayer of these reactive, carbon-rich molecular precursors.

실내 온도에서 탄소 나노 시트의 제조

Amphiphilic molecules equipped with a reactive, carbon-rich "oligoyne" segment consisting of conjugated carbon-carbon triple bonds self-assemble into ...

화학

Synthesis and Functionalization of 3D Nano-graphene Materials: Graphene Aerogels and Graphene Macro Assemblies

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. Additionally, most reported graphene assemblies are held together through physical interactions (e.g., van der Waals forces) rather than chemical bonds, which limit their mechanical strength and conductivity. This video method details recently developed strategies to fabricate mass-producible, graphene-based bulk materials derived from either polymer foams or single layer graphene oxide. These materials consist primarily of individual graphene sheets connected through covalently bound carbon linkers. They maintain the favorable properties of graphene such as high surface area and high electrical and thermal conductivity, combined with tunable pore morphology and exceptional mechanical strength and elasticity. This flexible synthetic method can be extended to the fabrication of polymer/carbon nanotube (CNT) and polymer/graphene oxide (GO) composite materials. Furthermore, additional post-synthetic functionalization with anthraquinone is described, which enables a dramatic increase in charge storage performance in supercapacitor applications.

This video method describes the synthesis of high surface area, monolithic 3D graphene-based materials derived from polymer precursors as well as single layer graphene oxide.

합성 및 3D 나노 그래 핀 소재의 기능화 : 그래 핀 에어로젤과 그래 핀 매크로 어셈블리

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. ...

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic electrolyte, and an O2-breathing cathode. The aprotic electrolyte is a solution of lithium salt with aprotic solvent; and porous carbon is commonly used as the cathode substrate. To improve the performance, an electrocatalyst is deposited onto the porous carbon substrate by certain deposition methods, such as atomic layer deposition (ALD) and wet-chemistry reaction. The as-prepared cathode materials are characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray absorption near edge structure (XANES). A Swagelok-type cell, sealed in a glass chamber filled with pure O2, is used for the electrochemical test on a battery test system. The cells are tested under either capacity-controlled mode or voltage controlled mode. The reaction products are investigated by electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, and Raman spectroscopy to study the possible pathway of oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). This protocol demonstrates a systematic and efficient arrangement of routine tests of the aprotic Li-O2 battery, including the electrochemical test and characterization of battery materials.

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

A protocol for the electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery with the preparation of electrodes and electrolytes and an introduction of the frequently used methods of characterization is presented here.

비 양성 자성 리튬 O의 전기 시험 프로토콜 및 특성<sub&gt; 2</sub&gt; 배터리

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

Nanothermite with Meringue-like Morphology: From Loose Powder to Ultra-porous Objects

The goal of the protocol described in this article is to prepare aluminothermic compositions (nanothermites) in the form of porous, monolithic objects. Nanothermites are combustible materials made up of inorganic fuel and an oxidizer. In nanothermite foams, aluminum is the fuel and aluminum phosphate and tungsten trioxide are the oxidizing moieties. The highest flame propagation velocities (FPVs) in nanothermites are observed in loose powders and FPVs are strongly decreased by pelletizing nanothermite powders. From a physical standpoint, nanothermite loose powders are metastable systems. Their properties can be altered by unintentional compaction induced by shocks or vibrations or by the segregation of particles over time by settling phenomena, which originates from the density differences of their components. Moving from a powder to an object is the challenge that must be overcome to integrate nanothermites in pyrotechnic systems. Nanothermite objects must have both a high open porosity and good mechanical strength. Nanothermite foams meet both of these criteria, and they are prepared by dispersing a nano-sized aluminothermic mixture (Al/WO3) in orthophosphoric acid. The reaction of aluminum with the acid solution gives the AlPO4 &#34;cement&#34; in which Al and WO3 nanoparticles are embedded. In nanothermite foams, aluminum phosphate plays the dual role of binder and oxidizer. This method can be used with tungsten trioxide, which is not altered by the preparation process. It could probably be extended to some oxides, which are commonly used for the preparation of high performance nanothermites. The WO3-based nanothermite foams described in this article are particularly insensitive to impact and friction, which makes them far safer to handle than loose Al/WO3 powder. The fast combustion of these materials has interesting applications in pyrotechnic igniters. Their use in detonators as primers would require the incorporation of a secondary explosive in their composition.

This manuscript describes the synthesis of combustible aluminophosphate matrices by the reaction of orthophosphoric acid (H3PO4) with aluminum nanopowder. When this reaction is carried out with excess aluminum in the presence of tungsten trioxide nanopowder, it leads to a solid, porous nanothermite foam.

머 랭 같은 형태와 Nanothermite: 초 다공성 개체에 느슨한 분말에서

The goal of the protocol described in this article is to prepare aluminothermic compositions (nanothermites) in the form of porous, monolithic objects. ...

Preparation and Characterization of C60/Graphene Hybrid Nanostructures

Physical thermal deposition in a high vacuum environment is a clean and controllable method for fabricating novel molecular nanostructures on graphene. We present methods for depositing and passively manipulating C60 molecules on rippled graphene that advance the pursuit of realizing applications involving 1D C60/graphene hybrid structures. The techniques applied in this exposition are geared towards high vacuum systems with preparation areas capable of supporting molecular deposition as well as thermal annealing of the samples. We focus on C60 deposition at low pressure using a homemade Knudsen cell connected to a scanning tunneling microscopy (STM) system. The number of molecules deposited is regulated by controlling the temperature of the Knudsen cell and the deposition time. One-dimensional (1D) C60 chain structures with widths of two to three molecules can be prepared via tuning of the experimental conditions. The surface mobility of the C60 molecules increases with annealing temperature allowing them to move within the periodic potential of the rippled graphene. Using this mechanism, it is possible to control the transition of 1D C60 chain structures to a hexagonal close packed quasi-1D stripe structure.

Preparation and Characterization of C60/Graphene Hybrid Nanostructures

Here we present a protocol for the fabrication of C60/graphene hybrid nanostructures by physical thermal evaporation. Particularly, the proper manipulation of deposition and annealing conditions allow the control over the creation of 1D and quasi 1D C60 structures on rippled graphene.

준비 및 C60/Graphene 하이브리드 Nanostructures의 특성화

Physical thermal deposition in a high vacuum environment is a clean and controllable method for fabricating novel molecular nanostructures on graphene. We ...

Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

This protocol presents both the synthesis method of the Ni single atom catalyst, and the electrochemical testing of its catalytic activity and selectivity in aqueous CO2 reduction. Different from traditional metal nanocrystals, the synthesis of metal single atoms involves a matrix material that can confine those single atoms and prevent them from aggregation. We report an electrospinning and thermal annealing method to prepare Ni single atoms dispersed and coordinated in a graphene shell, as active centers for CO2 reduction to CO. During the synthesis, N dopants play a critical role in generating graphene vacancies to trap Ni atoms. Aberration-corrected scanning transmission electron microscopy and three-dimensional atom probe tomography were employed to identify the single Ni atomic sites in graphene vacancies. Detailed setup of electrochemical CO2 reduction apparatus coupled with an on-line gas chromatography is also demonstrated. Compared to metallic Ni, Ni single atom catalyst exhibit dramatically improved CO2 reduction and suppressed H2 evolution side reaction.

Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

Here, we present a protocol for the synthesis and electrochemical testing of transition metal single atoms coordinated in graphene vacancies as active centers for selective carbon dioxide reduction to carbon monoxide in aqueous solutions.

합성 및 전기 화학적 CO2 감소를 위한 전이 금속 단일 원자 촉매의 성능 Characterizations

This protocol presents both the synthesis method of the Ni single atom catalyst, and the electrochemical testing of its catalytic activity and selectivity ...

Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without attendance and adjustment. Thermochemical thrusters which utilize thermodynamic properties of gases as a means of acceleration have physical limitations on their exhaust gas velocity, resulting in low efficiency. Moreover, these engines demonstrate extremely low efficiency at small thrusts and may be unsuitable for continuously operating systems which provide real-time adaptive control of the spacecraft orientation, velocity and position. In contrast, electric propulsion systems which use electromagnetic fields to accelerate ionized gases (i.e., plasmas) do not have any physical limitation in terms of exhaust velocity, allowing virtually any mass efficiency and specific impulse. Low-thrust Hall thrusters have a lifetime of several thousand hours. Their discharge voltage ranges between 100 and 300 V, operating at a nominal power of &lt;1 kW. They vary from 20 to 100 mm in size. Large Hall thrusters can provide fractions of millinewton of thrust. Over the past few decades, there has been an increasing interest in small mass, low power, and high efficiency propulsion systems to drive satellites of 50-200 kg. In this work, we will demonstrate how to build, test, and optimize a small (30 mm) Hall thruster capable of propelling a small satellite weighing about 50 kg. We will show the thruster operating in a large space environment simulator, and describe how thrust is measured and electric parameters, including plasma characteristics, are collected and processed to assess key thruster parameters. We will also demonstrate how the thruster is optimized to make it one of the most efficient small thrusters ever built. We will also address challenges and opportunities presented by new thruster materials.

Here, we present a protocol to test and optimize space propulsion systems based on miniaturized Hall-type thrusters.

최적화, 테스트 그리고 소형된 홀 로켓의 진단

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without ...

Synthesis of Metal Nanoparticles Supported on Carbon Nanotube with Doped Co and N Atoms and its Catalytic Applications in Hydrogen Production

A method for facile synthesis of nanostructured catalysts supported on carbon nanotubes with atomically dispersed cobalt and nitrogen dopant is presented herein. The novel strategy is based on a facile one-pot pyrolysis treatment of cobalt (II) acetylacetonate and nitrogen-rich organic precursors under Ar atmosphere at 800 &#176;C, resulting in the formation of Co- and N- co-doped carbon nanotube with earthworm-like morphology. The obtained catalyst was found to have a high density of defect sites, as confirmed by Raman spectroscopy. Here, cobalt (II) nanoparticles were stabilized on the atomically dispersed cobalt- and nitrogen-doped carbon nanotubes. The catalyst was confirmed to be effective in the catalytic hydrolysis of ammonia borane, in which the turnover frequency was 5.87 mol H2&#183;molCo-1&#183;min-1, and the specific hydrogen generation rate was determined to be 2447 mL H2&#183;gCo-1&#183;min-1. A synergistic function between the Co nanoparticle and the doped carbon nanotubes was proposed for the first time in the catalytic hydrolysis of ammonia borane reaction under a mild condition. The resulting hydrogen production with its high energy density and minimal refueling time could be suitable for future development as energy sources for mobile and stationary applications such as road trucks and forklifts in transport and logistics.

Here, we present a protocol to synthesize Co nanoparticles supported on carbon nanotubes with Co- and N- dopants for hydrogen productions.

도핑 된 Co 및 N 원자를 갖는 탄소 나노 튜브에지지 된 금속 나노 입자의 합성 및 수소 생산에서의 촉매 응용

A method for facile synthesis of nanostructured catalysts supported on carbon nanotubes with atomically dispersed cobalt and nitrogen dopant is presented ...

준비 및 Gasless 나노 구조의 반응성 정력 재료

요약

더 많은 비디오 탐색

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열 전력 (thermopower) 파도의 연구에서 화학 연료 및 다중 벽 탄소 나노 튜브의 하이브리드 복합 재료의 제조 및 평가

실내 온도에서 탄소 나노 시트의 제조

합성 및 3D 나노 그래 핀 소재의 기능화 : 그래 핀 에어로젤과 그래 핀 매크로 어셈블리

비 양성 자성 리튬 O의 전기 시험 프로토콜 및 특성

머 랭 같은 형태와 Nanothermite: 초 다공성 개체에 느슨한 분말에서

준비 및 C₆₀/Graphene 하이브리드 Nanostructures의 특성화

합성 및 전기 화학적 CO₂ 감소를 위한 전이 금속 단일 원자 촉매의 성능 Characterizations

최적화, 테스트 그리고 소형된 홀 로켓의 진단

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