袁風(fēng)

近期，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和得克薩斯州技術(shù)大學(xué)的研究者共同實(shí)施驗(yàn)證試驗(yàn)，證明在TNT炸藥中加入新型納米級(jí)鋁粉后，可以將炸藥爆速提高30%。

鋁是活潑金屬，因此在傳統(tǒng)上，鋁粉顆粒表面被氧化鋁層所包裹。但美國(guó)陸軍的這次實(shí)驗(yàn)中，鋁粉顆粒表面經(jīng)過(guò)處理，包裹的是一層六水合碘酸鋁（AIH，分子式為[Al（H2O）6]（IO3）3（HIO3）2）。

該項(xiàng)試驗(yàn)是由美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室材料研究員Chi-Chin Wu博士主持開(kāi)展的。此人是該實(shí)驗(yàn)室武器和材料研究部殺傷分部含能材料科學(xué)研究室等離子研究方向的負(fù)責(zé)人，1993年從臺(tái)灣地區(qū)赴美求學(xué)，后定居美國(guó)。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)意味著鋁或者其它金屬的納米級(jí)顆?？梢栽鰪?qiáng)武器系統(tǒng)的射程和爆炸威力。這是美國(guó)陸軍“遠(yuǎn)程精確火力”現(xiàn)代化計(jì)劃中的關(guān)鍵目標(biāo)之一。得克薩斯州技術(shù)大學(xué)的研究人員表示，這項(xiàng)研究成果意味著可以在更短的時(shí)間里讓金屬顆粒爆發(fā)出更多的化學(xué)能量。

數(shù)十年前，人們就開(kāi)始向火炸藥中添加鋁粉來(lái)增強(qiáng)其效力。鋁粉含能高、燃速快，是非常好的添加劑。但是鋁容易氧化，鋁粉顆粒表面包裹的三氧化二鋁層一方面容易吸熱而降低爆炸威力，另一方面也占了太大的體積和質(zhì)量。根據(jù)測(cè)量，傳統(tǒng)的納米級(jí)鋁粉，其三氧化二鋁表層占了質(zhì)量的20%。三氧化二鋁即不能燃燒也不能爆炸。實(shí)際上，耐火磚的主要成分就是三氧化二鋁。

因此，德克薩斯理工大學(xué)發(fā)明的新型、用AIH來(lái)包裹納米級(jí)鋁粉顆粒，可以防止鋁氧化為三氧化二鋁，從而有效提高鋁粉作為添加劑的效力。研究顯示，用不易氧化的AIH層可以在鋁粉顆粒表面形成凸起的結(jié)節(jié)，有效保護(hù)結(jié)晶鋁內(nèi)核。

該項(xiàng)試驗(yàn)中采用了所謂含能物質(zhì)激光誘導(dǎo)空氣沖擊法的先進(jìn)研究手段，通過(guò)激光脈沖引爆單個(gè)鋁粉顆?；蛘咪X粉-TNT炸藥混合顆粒的方式，每次只剝離和引爆1毫克左右的炸藥，在微觀(guān)尺度下測(cè)量其爆炸性能。

具體來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)采用釔鋁石榴石激光器（波長(zhǎng)1064納米，能量900毫焦），通過(guò)一個(gè)10厘米焦距的透鏡，以6納秒脈沖轟擊含能材料表面。激光將部分材料融化，浮在材料表面的空氣中，使這部分材料原子化或離子化，形成一個(gè)溫度超過(guò)10000K的微等離子團(tuán)。通過(guò)精確控制激光的脈沖長(zhǎng)度和波長(zhǎng)，可以保證激光脈沖能量的絕大部分被等離子團(tuán)吸收而非被含能材料本體吸收。

在脈沖持續(xù)期間，被融化的這部分材料是高度活化的，呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的原子發(fā)射光譜或者分子發(fā)射光譜。激光脈沖停止后，離子團(tuán)迅速冷卻，發(fā)生重組反應(yīng)而形成不同類(lèi)型的分子。如果試驗(yàn)材料是不含能的，那么重組反應(yīng)就會(huì)把激光沖擊時(shí)吸收的能量再次釋放出來(lái)。如果試驗(yàn)材料是含能的，重組反應(yīng)中還會(huì)放熱，使離子團(tuán)溫度繼續(xù)升高，并且產(chǎn)生沖擊波。通過(guò)高速攝影機(jī)和顯微鏡可以拍攝到這個(gè)過(guò)程，通過(guò)對(duì)沖擊波的分析，就可以測(cè)量出爆速。

美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的上述成果不僅對(duì)陸軍有意義，同樣也得到了美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的支持。后續(xù)研究也正在開(kāi)展。