Исследователи из Томского государственного университета и Института физики прочности и материаловедения СО РАН изучили, как защитить нанопорошок алюминия, не теряя его свойств.
Алюминий в наноразмерах, то есть частицы в тысячи раз тоньше человеческого волоса, активно реагирует с кислородом. Это делает его ценным для ракетного топлива и взрывчатых смесей. Однако такие порошки быстро окисляются на воздухе, теряя свойства и становясь опасными.
Ученые применили термогравиметрический анализ: образец взвешивают при постоянном нагреве. Выяснилось, что окисление проходит четыре стадии. При 330°С образуется аморфная оксидная пленка. Нагрев до 600°С вызывает кристаллизацию и ускорение реакции. При 800°С растут стабильные оксидные слои, а при 1000°С формируется альфа-оксид, блокирующий кислород.
Затем в порошок добавили органические пассивирующие добавки. Три из них — 8-оксихинолин, катехол и стеариновая кислота — почти не изменили поведение частиц. А вот ацетилацетон вызвал резкий эффект: окисление ускорилось, а расчетные параметры указали на воспламенение раньше обычного.
Причина в размере агломератов. Обычный порошок слипается в крупные комки, ограничивая доступ кислорода. Ацетилацетон подавляет слипание: большинство скоплений становится меньше 100 нанометров. Это увеличивает площадь контакта и ускоряет реакцию. Другие добавки так не действуют.
Практический вывод: для быстрого и полного окисления, например в топливе, подходит ацетилацетон. Для долгого хранения лучше использовать стеариновую кислоту, которая защищает от влаги, почти не меняя поведение частиц.
Ученые также разработали метод расчета кинетических параметров. Он описывает каждую стадию окисления отдельно, используя всего два температурных параметра. Это упрощает проектирование новых материалов: вместо сотен экспериментов достаточно одного анализа и точной математической обработки.
Ранее Наука Mail рассказывала, что в России создан новый сплав на основе алюминия для 3D-печати.