Os autores gostaria de agradecer os fotógrafos da ISL, Yves Suma e Yannick Boehrer, para as fotos de amostras e para a observação por vídeo de alta velocidade de síntese e a combustão de nanothermite espumas. Eles também gostariam de expressar sua gratidão ao seu colega, Dr. Vincent Pichot de NS3E de laboratório para caracterização de materiais por difração de raios x.

Atenção: Realize todas as reações descritas neste artigo em uma câmara de explosão-comprovada com uma janela blindada que permite tanto a inspeção visual e a observação dos processos de formação de espuma/combustão por vídeo de alta velocidade. Cuide-se sobre o risco experimental resultantes da ignição potencial de aluminothermic composições e a explosão de hidrogênio no ar. Por esta razão, sempre trabalha em uma câmara de explosão-comprovada equipada com ventilação de exaustão adequada. Lembre-se que devem ser realizadas experiências em materiais energéticos por cientistas experientes, que estão plenamente conscientes dos perigos de pirotecnia, e que todos os testes devem ser realizados em conformidade com as leis locais e regulamentos de segurança. Note-se que os autores declinar qualquer responsabilidade pelo uso indevido destes resultados.
1. preparação de uma matriz de Aluminophosphate
Nota: As experiências são realizadas à temperatura ambiente (15-25 ° C).
<ol>
	<li>Pese a 3,00 g de alumínio nanopowder.</li>
	<li>Pesar, 4,00 g de uma solução comercial (85%) de ácido ortofosfórico (H3PO4) em um copo de 150 mL; adicionar o ácido gota a gota com um pipeta Pasteur de polietileno de 3 mL.
	<ol>
		<li>Opcionalmente, um volume de 0 - 2 mL de água deionizada pode ser adicionado ao ácido ortofosfórico.</li>
		<li>Homogeneizar a solução por abrandar girando o copo com a mão a aproximadamente 100 rpm.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Coloca o copo que contém o ácido na câmara de explosão.</li>
	<li>Despeje o alumínio nanopowder pesada na etapa 1.1 para o béquer contendo a solução H3PO4 .</li>
	<li>Mistura-se rapidamente com uma espátula de aço inoxidável; Execute esta etapa em menos de um minuto.</li>
	<li>Feche a câmara de explosão imediatamente.</li>
	<li>Espere até que ocorra a reação de formação de espuma.</li>
	<li>Depois, espere um adicional 10 min para a matriz de aluminophosphate esfriar.</li>
	<li>Retire o copo da câmara de explosão usando um laboratório arco tong.</li>
	<li>Recupere a amostra, que adere à parede do copo, por quebrá-la cuidadosamente. Cuidado com a presença de resíduos ácidos e não manipulam os materiais sem luvas.</li>
</ol>
2. síntese das espumas Nanothermite
Nota: As experiências são realizadas à temperatura ambiente (15-25° C).
<ol>
	<li>Preparação da mistura nanothermite
	<ol>
		<li>Em um balão de fundo redondo de 100 mL, pese 3,00 g e 3,45 g de Al e WO nanopós3 , respectivamente.</li>
		<li>Misture o nanopós com um misturador do vortex operando a 2.500 rpm.</li>
		<li>Suavemente agite a mistura com uma espátula de aço inoxidável para homogeneizá-lo. Evite qualquer atrito entre a parede de vidro do balão de fundo redondo e a espátula durante esta operação. Nota: Nesta etapa, o experimentador deve ser aterrado para evitar qualquer descarga eletrostática, o que poderia causar a ignição da mistura.</li>
		<li>Repita a operação 2.1.2.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Preparação das soluções-H 3 PO 4
	<ol>
		<li>Pesar, 4,00 g de uma solução comercial (85%) de ácido ortofosfórico (H3PO4) em um copo de 150 mL; adicionar o ácido gota a gota com um pipeta Pasteur de polietileno de 3 mL.</li>
		<li>Preparação de soluções diluídas de4 de3PO H:<ol>
			<li>Levar a amostra preparada na etapa 2.2.1 e adicionar 0 a 2 mL de água desionizada com um pipeta Pasteur de polietileno de 1 mL.</li>
			<li>Homogeneizar a solução pelo movimento de rotação lento do copo aplicado à mão a uma velocidade de cerca de 100 rpm.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Preparação de espumas nanothermite
	<ol>
		<li>Coloca o copo que contém o ácido preparado no passo 2.2 na câmara de explosão.</li>
		<li>Despeje o nanothermite preparado no passo 2.1 no copo que contém a solução H3PO4 .</li>
		<li>Mistura-se rapidamente com uma espátula de aço inoxidável; Execute esta etapa em menos de um minuto.</li>
		<li>Feche a câmara de explosão imediatamente.</li>
		<li>Espere até que ocorra a reação de formação de espuma.</li>
		<li>Depois, espere um adicional 10 min para o arrefecimento da espuma nanothermite.</li>
		<li>Retire o copo da câmara de explosão, com um laboratório arco tong.</li>
		<li>Recupere a amostra, que adere à parede do copo, por quebrá-la cuidadosamente. Cuidado com a presença de resíduos de ácidos e evitar a manipulação dos materiais sem luvas.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. a combustão de espumas Nanothermite
<ol>
	<li>Coloque a matriz aluminophosphate, preparado na etapa 1.10 ou a espuma nanothermite, preparado na etapa 2.3.8 na câmara de explosão.</li>
	<li>Coloque um dispositivo de ignição pirotecnia perto da amostra da etapa 3.1.</li>
	<li>Feche a câmara de explosão.</li>
	<li>Conecte o dispositivo de ignição de um dispositivo electrónico seguro.</li>
	<li>Fogo da cadeia de pirotecnia.</li>
	<li>Observe a combustão através da janela blindada com uma câmera ultra operando em 10.000 a 30.000 quadros/s.</li>
</ol>

<ol><li>Comet, M., Martin, C., Schnell, F., Spitzer, D. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894717301663">Nanothermite foams: From nanopowder to object.</a> Chem. Eng. J. 316, 807-812 (2017).</li>
<li>Lafontaine, E., Comet, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLafontaine%2C+E+%22Nanothermites%22">Nanothermites</a>. , ISTE Editions Ltd. London. (2016).</li>
<li>Comet, M., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11051-010-9948-8">Preparation of Cr2O3 nanoparticles for superthermites by the detonation of an explosive nanocomposite material.</a> J. Nanopart. Res. 13 (5), 1961-1969 (2011).</li>
<li>Gibot, P., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/prep.201000080/abstract">Highly Insensitive/Reactive Thermite Prepared from Cr2O3 Nanoparticles.</a> Propell. Explos. Pyrot. 36 (1), 80-87 (2011).</li>
<li>Tillotson, T. M., Gash, A. E., Simpson, R. L., Hrubesh, L. W., Satcher, J. H., Poco, J. F. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002230930100477X">Nanostructured energetic materials using sol-gel methodologies.</a> J. Non-Cryst. Solids. 285 (1-3), 338-345 (2001).</li>
<li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hierarchical+MnO2%2FSnO2+Heterostructures+for+a+Novel+Free-Standing+Ternary+Thermite+Membrane%5BTitle%5D)+AND+%22Inorg.+Chem%22%5BJournal%5D)">Hierarchical MnO2/SnO2 Heterostructures for a Novel Free-Standing Ternary Thermite Membrane.</a> Inorg. Chem. 52 (16), 9449-9455 (2013).</li>
<li>Prentice, D., Pantoya, M. L., Gash, A. E. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ef060210i">Combustion Wave Speeds of Sol-Gel-Synthesized Tungsten Trioxide and Nano-Aluminum: The Effect of Impurities on Flame Propagation.</a> Energ. Fuel. 20 (6), 2370-2376 (2006).</li>
<li>Bockmon, B. S., Pantoya, M. L., Son, S. F., Asay, B. W., Mang, J. T. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2058175">Combustion velocities and propagation mechanisms of metastable interstitial composites.</a> Appl. Phys. Lett. 98, 064903(2005).</li>
<li>Apperson, S., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2787972">Generation of fast propagating combustion and shock waves with copper oxide/aluminum nanothermite composites.</a> Appl. Phys. Lett. 91, 243109(2007).</li>
<li>Wang, L., Luss, D., Martirosyan, K. S. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3650262">The behavior of nanothermite reaction based on Bi2O3/Al.</a> J. Appl. Phys. 110, 074311(2011).</li>
<li>Martirosyan, K. S., Wang, L., Vicent, A., Luss, D. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-4484/20/40/405609/meta">Synthesis and performances of bismuth trioxide nanoparticles for high energy gas generator use.</a> Nanotechnology. 20 (8), 405609(2009).</li>
<li>Armstrong, R. W., Baschung, B., Booth, D. W., Samirant, M. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl025905k">Enhanced Propellant Combustion with Nanoparticles.</a> Nano Lett. 3 (2), 253-255 (2003).</li>
<li>Wu, C., Sullivan, K., Chowdhury, S., Jian, G., Zhou, L., Zachariah, M. R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201100479/abstract">Encapsulation of Perchlorate Salts within Metal Oxides for Application as Nanoenergetic Oxidizers.</a> Adv. Funct. Mater. 22 (1), 78-85 (2012).</li>
<li>Sullivan, K. T., Piekiel, N. W., Chowdhury, S., Wu, C., Zachariah, M. R., Johnson, C. E. <a target="_blank" href="http://www.mrzgroup.umd.edu/pdfs/2011_CST_agio3.pdf">Ignition and Combustion Characteristics of Nanoscale Al/AgIO3: A Potential Energetic Biocidal System.</a> Combust. Sci. Technol. 183 (3), 285-302 (2010).</li>
<li>Wang, H., Jian, G., Zhou, W., Delisio, J. B., Lee, V. T., Zachariah, M. R. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.5b04589">Metal iodate-based energetic composites and their combustion and biocidal performances.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 7 (31), 17363-17370 (2015).</li>
<li>Jian, G., Feng, J., Jacob, R. J., Egan, G. C., Zachariah, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Super-reactive+Nanoenergetic+Gas+Generators+Based+on+Periodate+Salts%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Super-reactive Nanoenergetic Gas Generators Based on Periodate Salts.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 52 (37), 9743-9746 (2013).</li>
<li>Comet, M., Vidick, G., Schnell, F., Suma, Y., Baps, B., Spitzer, D. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201410634/abstract">Sulfates-Based Nanothermites: An Expanding Horizon for Metastable Interstitial Composites.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 54 (15), 4458-4462 (2015).</li>
<li>Zhou, W., Delisio, J. B., Li, X., Liu, L., Zachariah, M. R. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/-/content/articlelanding/2015/ta/c5ta00756a">Persulfate salt as an oxidizer for biocidal energetic nano-thermites.</a> J. Mater. Chem. A. 3 (22), 11838-11846 (2015).</li>
<li>Sun, J., Pantoya, M. L., Simon, S. L. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040603106001572">Dependence of size and size distribution on reactivity of aluminum nanoparticles in reactions with oxygen and MoO3.</a> Thermochim. Acta. 444 (2), 117-127 (2006).</li>
<li>Levitas, V. I., Asay, B. W., Son, S. F., Pantoya, M. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2335362">Melt dispersion mechanism for fast reaction of nanothermites.</a> Appl. Phys. Lett. 89, 071909(2006).</li>
<li>Park, E. -J., Kim, H., Kim, Y., Choi, K. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/02772248.2010.495191">Repeated-dose toxicity attributed to aluminum nanoparticles following 28-day oral administration, particularly on gene expression in mouse brain.</a> Toxicol. Environ. Chem. 93 (1), 120-133 (2011).</li>
<li>Walter, K. C., Aumann, C. E., Carpenter, R. D., O'Neill, E. H., Pesiri, D. R. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/242108698_Energetic_Materials_Development_at_Technanogy_Materials_Development">Energetic materials development at technanogy materials development.</a> Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 800, 27-37 (2004).</li>
<li>Khasainov, B., Comet, M., Veyssière, B., Spiter, D. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/prep.201600181/full">Comparison of performance of fast–reacting nanothermites and primary explosives.</a> Propell. Explos. Pyrot. , (2017).</li>
<li>Siegert, B., Comet, M., Spitzer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Safer+energetic+materials+by+a+nanotechnological+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Safer energetic materials by a nanotechnological approach.</a> Nanoscale. 3, 3534-3544 (2011).</li>
<li>Sullivan, K. T., Kuntz, J. D., Gash, A. E. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4737464">Electrophoretic deposition and mechanistic studies of nano-Al/CuO thermites.</a> J. Appl. Phys. 112, 024316(2012).</li>
<li>Blobaum, K. J., Reiss, M. E., Plitzko, J. M., Weihs, T. P. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1598296">Deposition and characterization of a self-propagating CuOx/Al thermite reaction in a multilayer foil geometry.</a> J. Appl. Phys. 94 (5), 2915-2922 (2003).</li>
<li>Gash, A. E., Tillotson, T. M., Satcher, J. H., Poco, J. F., Hrubesh, L. W., Simpson, R. L. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm0007611">Use of epoxides in the sol-gel synthesis of porous iron (III) oxide monoliths from Fe(III) salts.</a> Chem. Mater. 13 (3), 999-1007 (2001).</li>
<li>Yan, S., Jian, G., Zachariah, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrospun+nanofiber-based+thermite+textiles+and+their+reactive+properties%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl.+Mater.+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Electrospun nanofiber-based thermite textiles and their reactive properties.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 4, 6432-6435 (2012).</li>
<li>Puszynski, J. A., Groven, L. J. Formation of nanosized aluminum and its applications in condensed phase reactions. <a target="_blank" href="https://books.google.com/books?hl=en&lr=&id=ppHh6yEpHSIC&oi=fnd&pg=PP1&dq=Altavilla+%22Inorganic+nanoparticles.+Synthesis,+applications+and+perspectives%22&ots=0I8pCpH8YX&sig=MzGvVuE_Nl-lsz4Htcw5zo_-yvM#v=onepage&q=Altavilla%20%22Inorganic%20nanoparticles.%20Synthesis%2C%20applications%20and%20perspectives%22&f=false">Inorganic nanoparticles. Synthesis, applications and perspectives</a>. Altavilla, C., Ciliberto, E. , CRC Press. Boca Raton, Florida. (2011).</li>
<li>Shimizu, T. A. <a target="_blank" href="https://books.google.com/books?id=K3N6fI6MUQAC&pg=PA11&lpg=PA11&dq=%22Concept+and+the+use+of+negative+explosives%22&source=bl&ots=UKt08842vu&sig=bZEQgEkS6_xsdMjrOYisvKLYKaY&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwiRsom1zfLUAhWM6YMKHW7_D_sQ6AEIJjAA#v=onepage&q=%22Concept%20and%20the%20use%20of%20negative%20explosives%22&f=false">Concept and the use of negative explosives.</a> Proceedings of the 11th International Pyrotechnics Seminar, Vail, Colorado, July 7-11. , (1986).</li>
<li>Molkov, V. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMolkov%2C+V+%22Fundamentals+of+Hydrogen+Safety+Engineering%22">Fundamentals of Hydrogen Safety Engineering</a>. 1, Ventus Publishing ApS. (2012).</li>
<li>Comet, M., Martin, C., Klaumünzer, M., Schnell, F., Spitzer, D. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4938139">Energetic nanocomposites for detonation initiation in high explosives without primary explosives.</a> Appl. Phys. Lett. 107, 243108(2015).</li>
</ol>

Nós não temos nada para divulgar.

O processo de mistura de nanopós com ácido e o fechamento da câmara de explosão devem ser realizados rapidamente, por razões de segurança. O atraso de reação pode variar até certo ponto (1-10 min), dependendo das condições experimentais. Isso é encurtado quando a temperatura é muito alta, ou na presença de fontes de aquecimento externo, como um holofote, que pode causar ativação precoce da reação de formação de espuma. Por outro lado, ela é aumentada quando a temperatura é baixa. Em caso de muito at...

Este artigo relata um método para transformar aluminothermic nanométricas misturas (Al/WO3) de um estado de pó solto para espumas1. Nanothermites são rápidos de queima composições energéticas, que mais frequentemente são preparadas pela mistura física de um óxido metálico/sal com um metal redutor, sob a forma de nano pó2. Os óxidos mais representativos utilizados para preparar nanothermites são Cr2O33,4, Fe2O35, MnO26, WO37, MoO38 , CuO9 e Bi2O310,11, enquanto os sais metálicos utilizados são percloratos12,13, iodates14,15, periodates16,17 ou persulfates18de sulfatos. Nanopowder do alumínio é a melhor escolha como combustível para nanothermites devido às suas inúmeras propriedades desejáveis, tais como uma alta oxidação térmica (10-25 kJ/g)19, reação rápida cinética20, baixa toxicidade21, e uma feira grau de estabilidade, uma vez que foi com precisão passivado22.
Em baseados em Al nanothermites, a frente de chama se propaga em velocidades altas (0.1 - 2,5 km/s), mas isso não pode, no entanto, ser considerado como detonação23. O mecanismo de reação é na verdade conduzido pela convecção de gases quentes na porosidade do material não tenha reagido. Em outras palavras, a porosidade é essencial para a rápida queima de nanothermites. No entanto, o pó solto nanothermite não é estável do ponto de vista física. Eles são compactados por choques ou vibrações, e seus componentes da mais densa (geralmente o óxido) progressivamente separa a composição pelo efeito da gravidade. A estabilização da porosidade nanothermite é um desafio crucial para a sua integração em sistemas futuros de pirotecnia.
A principal vantagem do processo de preparação aqui descrito é dar monólitos altamente poroso, sólido, nanothermite, que podem ser moldados pelo molde a pasta da qual eles formam. Além disso, nanothermite espumas são muito insensíveis ao choque, fricção e descarga eletrostática, comparado aos nanothermite pós soltos. A insensibilidade torna particularmente segura a alça e a máquina, por exemplo por corte ou perfuração.
Quando solto nanothermite pós são pressionadas ou peletizados, sua porosidade diminui e objetos são formados. A coesão de tais materiais origina-se das forças de superfície, que são responsáveis para a agregação de nanopartículas. A resistência mecânica de pelotas nanothermite pode ser melhorada na presença de nano-fibras de carbono, que actuam como um quadro para reforçar estes objetos24. Infelizmente, pressionando fortemente diminui a reatividade dos nanothermites. De acordo com Prentice et al, a prensagem das composições de nano-Al/nano-WO3 induz a um colapso da sua velocidade de reação por duas ordens de magnitude7. Em conclusão, ao contrário da maioria dos explosivos, nanothermites não pode ser dado forma pressionando.
Até à data, muito poucos métodos para estruturação de nanothermites têm sido relatados em lidar de literatura científica com nanothermites. Nanothermites pode ser depositado em substratos, ou dos pós de seus componentes dispersadas em um meio líquido por electroforese25, ou pela pulverização catódica de seus componentes em camadas sucessivas de26. Ambas as abordagens originar depósitos densos, que são menos reativos que pós soltos e tendem a delaminate do substrato sobre o qual estão preparados.
A preparação de objetos "tridimensionais", composto por nanothermite foi proposta por Tillotson et al 5, que usaram a síntese sol-gel desenvolvida pela Gash et al . que consiste em soluções de sais metálicos de coagulação por epóxidos27. Nanothermite monólitos são preparados por dispersão Al nanopowder no sol, antes de gelificação. Os geles são posteriormente secas em uma câmara de calor para produzir xerogels ou por um processo complexo que envolve a utilização de supercrítico CO2 para obter aerogels. Nanothermite aerogels não só têm forte reatividade, mas também podem ser usinados devido às suas excelentes propriedades mecânicas. Além disso, o processo de sol-gel permite sintetizar materiais micro e mesoporos com um incomparável grau de homogeneidade entre o combustível (Al) e o óxido na mistura. Apesar de estes interessantes características, o uso do processo sol-gel é limitado por: (i) a complexidade da síntese em lotes, que depende de vários parâmetros; (ii) a presença inevitável de síntese subprodutos (impurezas) do material final, e (iii) o muito tempo necessário para as diferentes etapas do processo.
Esteiras de combustíveis de nanothermite foram preparadas pela eletrofiação de nitrocelulose (ligante) de soluções acusadas de Al e CuO nanopartículas28. Estes feltros nanothermite são compostos de fibras com diâmetros de escala sub-micrônicas, que são um priori não-porosa. Com estes materiais, a porosidade é definida pelo entrelaçamento das fibras. As amostras de nanothermite mats queimar lentamente (0,06 - 1.06 m/s) em comparação com Al/CuO nanométricas puras misturas em um estado de pó solto, em que a frente de chama se propaga a uma velocidade de várias centenas de m/s29. Finalmente, o uso de nitrocelulose como uma pasta para nanothermites não é ideal, porque consideravelmente aumenta sua sensibilidade térmica e altera sua estabilidade química a longo prazo.
Membranas de nanothermites foram preparadas por Yang et al . do complexo hierárquica MnO2/SnO2 estende misturado com nanopartículas de Al6. Com estes materiais, a fase de óxido tem uma morfologia muito específica, na qual MnO2 nano-fios são cobertos por SnO2 ramos. Devido à sua estrutura muito particular, não só o óxido armadilhas Al nanopartículas, mas também garante a resistência mecânica da membrana.O processo de preparação de MnO2/SnO2/Al membranas é muito simples; consiste o nanothermite contido no líquido no qual ele foi preparado, usando o bolo de filtragem como uma membrana de filtragem.
Para resumir, a única nanothermite objetos mencionados na literatura científica são depósitos em substratos, aerogels ou esteiras. A ideia de preparar nanothermites na forma de espumas sólidas abre novos horizontes para a integração destes materiais energéticos nos sistemas de pirotecnia funcional. O processo de formação de espuma, relatado neste artigo é fácil de executar e pode ser aplicado virtualmente a qualquer nanothermite preparado a partir de alumínio nanopowder. O agente de formação de espuma é ácido ortofosfórico (H3PO4), uma substância química comum, barata e não tóxico, que reage com nano-Al dar o cimento (AlPO4) e os gases (H2, H2O vapor) que criam a porosidade do material1. Fosfato de alumínio é particularmente estável em altas temperaturas, ao contrário de ligantes orgânicos tais como polímeros energéticos (nitrocelulose). No entanto, AlPO4 se comporta como um oxidizer para nano-Al na alta temperatura, de acordo com o conceito de "explosivos negativos", proposto por Shimizu30.

<table><tbody><tr><td>Aluminum nanopowder</td><td>Intrinsiq Materials</td><td>-</td><td>nanopowder, &amp;asymp; 100 nm particle size Al QNA891</td></tr><tr><td>Tungsten(VI) oxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>550086-25G</td><td>nanopowder, &amp;lt;100 nm particle size (TEM) Lot# MKBR9903V</td></tr><tr><td>Orthophosphoric Acid</td><td>Fisher Scientific</td><td>-</td><td>85% solution</td></tr><tr><td>polyethylene Pasteur pipette 3 mL</td><td>Th. Geyer</td><td>7691062</td><td>LABSOLUTE Pasteur pipettes made of polyethylene (PE) graduation 0,50 ml, Length 145 mm</td></tr><tr><td>polyethylene Pasteur pipette 1 mL</td><td>Th. Geyer</td><td>7691063</td><td>LABSOLUTE Pasteur pipettes made of polyethylene (PE) graduation 0,25 ml, Length 150 mm</td></tr><tr><td>Test tube shaker Reax Control</td><td>Heidolph</td><td>541-11000-00</td><td>Vortex mixer with strong 5 mm vibration orbit yields</td></tr></tbody></table>

nanothermite with meringue-like morphology: from loose powder to ultra-porous objects

O objetivo do protocolo descrito neste artigo é preparar composições aluminothermic (nanothermites) sob a forma de objetos porosos, monolíticos. Nanothermites são materiais combustíveis compostos inorgânico combustível e um oxidante. Em espumas nanothermite, o alumínio é o combustível e alumínio trióxido de fosfato e tungstênio são as metades de oxidantes. Observam-se as maiores velocidades de chama propagação (FPVs) em nanothermites em pó solto e FPVs estão fortemente diminuídos nanothermite pós de pelotização. Do ponto de vista física, nanothermite pós soltos são sistemas metaestáveis. Suas propriedades podem ser alteradas por compactação involuntária induzida por choques ou vibrações ou a segregação de partículas ao longo do tempo por fenômenos, estabelecendo-se que se origina das diferenças de densidade de seus componentes. Movendo-se de um pó para um objeto é o desafio que deve ser superado para integrar nanothermites em sistemas de pirotecnia. Nanothermite objetos devem ter uma boa resistência mecânica e alta Porosidade aberta. Espumas de Nanothermite conhecer ambos estes critérios, e são preparados por dispersão de uma mistura de nanométricas aluminothermic (Al/WO3) no ácido ortofosfórico. A reação do alumínio com a solução ácida dá o AlPO4 "cimento" em que Al e WO3 nanopartículas são incorporadas. Em espumas nanothermite, fosfato de alumínio desempenha o duplo papel de fichário e oxidante. Esse método pode ser usado com trióxido de tungsténio, que não é alterado pelo processo de preparação. Ele provavelmente poderia ser estendido para alguns óxidos, que são comumente usados para a preparação de nanothermites de alto desempenho. O WO3-espumas com base nanothermite descritos neste artigo são particularmente insensíveis ao impacto e à fricção, que os torna muito mais seguro lidar com que pó solto de3 Al/WO. A combustão rápida destes materiais tem aplicações interessantes em pirotecnia ignitores. Seu uso em detonadores como primeiras demão exigiria a incorporação de um explosivo secundário em sua composição.

A matriz de aluminophosphate contém alumínio cristalizado (Al) e fosfato de alumínio (AlPO4). A presença destas fases foi confirmada por difração de raios x (Figura 1). Além disso, gravimétricos experimentos mostraram que este material também contém uma parte não-cristalino, que é alumina amorfa. Estes materiais, fosfato de alumínio se comporta como aglutinante e oxidante. As propriedades oxidantes de AlPO4 foram evidenciada...

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

Este manuscrito descreve a síntese de combustíveis aluminophosphate matrizes pela reação de ácido ortofosfórico (H3PO4) com alumínio nanopowder. Quando esta reação é realizada com excesso de alumínio na presença de nanopowder do trióxido de tungstênio, leva a uma espuma nanothermite sólido, poroso.

Nanothermite com merengue, como morfologia: de pó solto para objetos ultra porosos

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

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Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

7.6K visualizações.  French-German Research Institute of Saint-Louis (ISL). Este manuscrito descreve a síntese de combustíveis aluminophosphate matrizes pela reação de ácido ortofosfórico (H3PO4) com alumínio nanopowder. Quando esta reação é realizada com excesso de alumínio na presença de nanopowder do trióxido de tungstênio, leva a uma espuma nanothermite sólido, poroso.

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Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip devices, and their applications. In particular, capabilities for cost-effective fabrication of polymer microstructures were transformed by the advent of soft lithography and other micromolding techniques 1, 2, and this led a revolution in applications of microfabrication to biomedical engineering and biology. Nevertheless, it remains challenging to fabricate microstructures with well-defined nanoscale surface textures, and to fabricate arbitrary 3D shapes at the micro-scale. Robustness of master molds and maintenance of shape integrity is especially important to achieve high fidelity replication of complex structures and preserving their nanoscale surface texture. The combination of hierarchical textures, and heterogeneous shapes, is a profound challenge to existing microfabrication methods that largely rely upon top-down etching using fixed mask templates. On the other hand, the bottom-up synthesis of nanostructures such as nanotubes and nanowires can offer new capabilities to microfabrication, in particular by taking advantage of the collective self-organization of nanostructures, and local control of their growth behavior with respect to microfabricated patterns. 
Our goal is to introduce vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), which we refer to as CNT "forests", as a new microfabrication material. We present details of a suite of related methods recently developed by our group: fabrication of CNT forest microstructures by thermal CVD from lithographically patterned catalyst thin films; self-directed elastocapillary densification of CNT microstructures; and replica molding of polymer microstructures using CNT composite master molds. In particular, our work shows that self-directed capillary densification ("capillary forming"), which is performed by condensation of a solvent onto the substrate with CNT microstructures, significantly increases the packing density of CNTs. This process enables directed transformation of vertical CNT microstructures into straight, inclined, and twisted shapes, which have robust mechanical properties exceeding those of typical microfabrication polymers. This in turn enables formation of nanocomposite CNT master molds by capillary-driven infiltration of polymers. The replica structures exhibit the anisotropic nanoscale texture of the aligned CNTs, and can have walls with sub-micron thickness and aspect ratios exceeding 50:1. Integration of CNT microstructures in fabrication offers further opportunity to exploit the electrical and thermal properties of CNTs, and diverse capabilities for chemical and biochemical functionalization 3.

We present methods for fabrication of patterned microstructures of vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), and their use as master molds for production of polymer microstructures with organized nanoscale surface texture. The CNT forests are densified by condensation of solvent onto the substrate, which significantly increases their packing density and enables self-directed formation of 3D shapes.

Fabricação, Densificação e Replica Moldagem de Microestruturas de Nanotubos de Carbono 3D

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip ...

Engenharia

Nanomoulding of Functional Materials, a Versatile Complementary Pattern Replication Method to Nanoimprinting

We describe a nanomoulding technique which allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks and full devices. Nanomoulding combined with layer transfer enables the replication of arbitrary surface patterns from a master structure onto the functional material. Nanomoulding can be performed on any nanoimprinting setup and can be applied to a wide range of materials and deposition processes. In particular we demonstrate the fabrication of patterned transparent zinc oxide electrodes for light trapping applications in solar cells.

We describe a nanomoulding technique which allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks and full devices. Nanomoulding can be performed on any nanoimprinting setup and can be applied to a wide range of materials and deposition processes.

Nanomoulding de Materiais Funcionais, um método de replicação Versátil Complementar Padrão para nanoimpressão

We describe a nanomoulding technique which  allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks  and full devices. Nanomoulding ...

Reverse Microemulsion-mediated Synthesis of Monometallic and Bimetallic Early Transition Metal Carbide and Nitride Nanoparticles

A reverse microemulsion is used to encapsulate monometallic or bimetallic early transition metal oxide nanoparticles in microporous silica shells. The silica-encapsulated metal oxide nanoparticles are then carburized in a methane/hydrogen atmosphere at temperatures over 800 &#176;C to form silica-encapsulated early transition metal carbide nanoparticles. During the carburization process, the silica shells prevent the sintering of adjacent carbide nanoparticles while also preventing the deposition of excess surface carbon. Alternatively, the silica-encapsulated metal oxide nanoparticles can be nitridized in an ammonia atmosphere at temperatures over 800 &#176;C to form silica-encapsulated early transition metal nitride nanoparticles. By adjusting the reverse microemulsion parameters, the thickness of the silica shells, and the carburization/nitridation conditions, the transition metal carbide or nitride nanoparticles can be tuned to various sizes, compositions, and crystal phases. After carburization or nitridation, the silica shells are then removed using either a room-temperature aqueous ammonium bifluoride solution or a 0.1 to 0.5 M NaOH solution at 40-60 &#176;C. While the silica shells are dissolving, a high surface area support, such as carbon black, can be added to these solutions to obtain supported early transition metal carbide or nitride nanoparticles. If no high surface area support is added, then the nanoparticles can be stored as a nanodispersion or centrifuged to obtain a nanopowder.

A &#8220;removable ceramic coating method&#8221; is presented in visual format for the synthesis of non-sintered and metal-terminated monometallic and bimetallic early transition metal carbide and nitride nanoparticles with tunable sizes and crystal structures.

Inversa Síntese mediada por Microemulsão de monometálicos e bimetálico precoce de Metais de Transição Carbide e nitreto Nanopartículas

A reverse microemulsion is used to encapsulate monometallic or bimetallic early transition metal oxide nanoparticles in microporous silica shells. The ...

Química

Synthesis and Reaction Chemistry of Nanosize Monosodium Titanate

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the material with Au(III) ions. The synthesis method was derived from a sol-gel process used to produce micron-sized monosodium titanate (MST), with several key modifications, including altering reagent concentrations, omitting a particle seed step, and introducing a non-ionic surfactant to facilitate control of particle formation and growth. The resultant nMST material exhibits spherical-shaped particle morphology with a monodisperse distribution of particle diameters in the range from 100 to 150&#160;nm. The nMST material was found to have a Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area of 285 m2g-1, which is more than an order of magnitude higher than the micron-sized MST. The isoelectric point of the nMST measured 3.34 pH units, which is a pH unit lower than that measured for the micron-size MST. The nMST material was found to serve as an effective ion exchanger under weakly acidic conditions for the preparation of an Au(III)-exchange nanotitanate. In addition, the formation of the corresponding peroxotitanate was demonstrated by reaction of the nMST with hydrogen peroxide.

The surfactant mediated sol-gel synthesis of nanosized monosodium titanate is described, along with preparation of the corresponding peroxide modified material. An ion-exchange reaction with Au(III) is also presented.

Síntese e Reacção Química de nanosize monossódico Titanate

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the ...

Experimental Protocol to Investigate Particle Aerosolization of a Product Under Abrasion and Under Environmental Weathering

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering, which is a fundamental element to the approach of nanosafety-by-design of nanostructured products for their durable development. This approach is basically a preemptive one in which the focus is put on minimizing the emission of engineered nanomaterials' aerosols during the usage phase of the product's life cycle. This can be attained by altering its material properties during its design phase without compromising with any of its added benefits. In this article, an experimental protocol is presented to investigate the nanosafety-by-design of three commercial nanostructured products with respect to their mechanical solicitation and environmental weathering. The means chosen for applying the mechanical solicitation is an abrasion process and for the environmental weathering, it is an accelerated UV exposure in the presence of humidity and heat. The eventual emission of engineered nanomaterials is studied in terms of their number concentration, size distribution, morphology and chemical composition. The purpose of the protocol is to study the emission for test samples and experimental conditions which are corresponding to real life situations. It was found that the application of the mechanical stresses alone emits the engineered nanomaterials' aerosols in which the engineered nanomaterial is always embedded inside the product matrix, thus, a representative product element. In such a case, the emitted aerosols comprise of both nanoparticles as well as microparticles. But if the mechanical stresses are coupled with the environmental weathering, the experimental protocol reveals then the eventual deterioration of the product, after a certain weathering duration, may lead to the emission of the free engineered nanomaterial aerosols too.

In this article, an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering is presented. Results on the emission of engineered nanomaterials, in the form of aerosols are presented. The specific experimental set-up is described in detail.

Protocolo Experimental para investigar Particle aerossolização de um produto Segundo abrasão e Sub Weathering Ambiental

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental ...

Functionalization of Single-walled Carbon Nanotubes with Thermo-reversible Block Copolymers and Characterization by Small-angle Neutron Scattering

We demonstrate a protocol for single-walled carbon nanotube functionalization using thermo-sensitive PEO-PPO-PEO triblock copolymers in an aqueous solution. In a carbon nanotube/PEO105-PPO70-PEO105 (poloxamer 407) aqueous solution, the amphiphilic poloxamer 407 adsorbs onto the carbon nanotube surfaces and self-assembles into continuous layers, driven by intermolecular interactions between constituent molecules. The addition of 5-methylsalicylic acid changes the self-assembled structure from spherical-micellar to a cylindrical morphology. The fabricated poloxamer 407/carbon nanotube hybrid particles exhibit thermo-responsive structural features so that the density and thickness of poloxamer 407 layers are also reversibly controllable by varying temperature. The detailed structural properties of the poloxamer 407/carbon nanotube particles in suspension can be characterized by small-angle neutron scattering experiments and model fit analyses. The distinct curve shapes of the scattering intensities depending on temperature control or addition of aromatic additives are well described by a modified core-shell cylinder model consisting of a carbon nanotube core cylinder, a hydrophobic shell, and a hydrated polymer layer. This method can provide a simple but efficient way for the fabrication and in-situ characterization of carbon nanotube-based nano particles with a structure-tunable encapsulation.

A method for the functionalization of carbon nanotubes with structure-tunable polymeric encapsulation layers and structural characterization using small-angle neutron scattering is presented.

Funcionalização da murada-Single nanotubos de carbono com termo-reversível copolímeros em bloco e caracterização por Small-angle Neutron Scattering

We demonstrate a protocol for single-walled carbon nanotube functionalization using thermo-sensitive PEO-PPO-PEO triblock copolymers in an aqueous ...

Facile Preparation of Ultrafine Aluminum Hydroxide Particles with or without Mesoporous MCM-41 in Ambient Environments

An aqueous suspension of nanogibbsite was synthesized via the titration of aluminum aqua acid [Al(H2O)6]3+ with L-arginine to pH 4.6. Since the hydrolysis of aqueous aluminum salts is known to produce a wide array of products with a wide range of size distributions, a variety of state-of-the-art instruments (i.e., 27Al/1H NMR, FTIR, ICP-OES, TEM-EDX, XPS, XRD, and BET) were used to characterize the synthesis products and identification of byproducts. The product, which was comprised of nanoparticles (10-30 nm), was isolated using gel permeation chromatography (GPC) column technique. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and powder X-ray diffraction (PXRD) identified the purified material as the gibbsite polymorph of aluminum hydroxide. The addition of inorganic salts (e.g., NaCl) induced electrostatic destabilization of the suspension, thereby agglomerating the nanoparticles to yield Al(OH)3 precipitate with large particle sizes. By utilizing the novel synthetic method described here, Al(OH)3 was partially loaded inside the highly ordered mesoporous framework of MCM-41, with average pore dimensions of 2.7 nm, producing an aluminosilicate material with both octahedral and tetrahedral Al (Oh/Td = 1.4). The total Al content, measured using energy-dispersive X-ray spectrometry (EDX), was 11% w/w with a Si/Al molar ratio of 2.9. A comparison of bulk EDX with surface X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) elemental analysis provided insight into the distribution of Al within the aluminosilicate material. Furthermore, a higher ratio of Si/Al was observed on the external surface (3.6) as compared to the bulk (2.9). Approximations of O/Al ratios suggest a higher concentration of Al(O)3 and Al(O)4 groups near the core and external surface, respectively. The newly developed synthesis of Al-MCM-41 yields a relatively high Al content while maintaining the integrity of the ordered silica framework and can be used for applications where hydrated or anhydrous Al2O3 nanoparticles are advantageous.

An ultrafine aluminum hydroxide nanoparticle suspension was prepared via the controlled titration of [Al(H2O)]3+ with L-arginine to pH 4.6 with and without cage-effect confinement within mesoporous channels of MCM-41.

Facile Preparação de Partículas de Hidróxido de Alumínio Ultrafino com ou sem Mesoporous MCM-41 em Ambientes Ambientais

An aqueous suspension of nanogibbsite was synthesized via the titration of aluminum aqua acid [Al(H2O)6]3+ with L-arginine to pH 4.6. Since the hydrolysis ...

Nanosponge Tunability in Size and Crosslinking Density

We describe a protocol for the synthesis of linear polyesters containing pendant epoxide functionality and their incorporation into a nanosponge with controlled dimensions. This approach begins with synthesis of a functionalized lactone which is key to the pendant functionalization of the resulting polymer. Valerolactone (VL) and allyl-valerolactone (AVL) are then copolymerized using ring-opening polymerization. Post-polymerization modification is then used to install an epoxide moiety on some or all of the pendant allyl groups. Epoxy-amine chemistry is employed to form nanoparticles in a dilute solution of both polymer and small molecule diamine crosslinker based on the desired nanosponge size and crosslinking density. Nanosponge sizes can be characterized by transmission electron microscopy (TEM) imaging to determine the dimension and distribution. This method provides a pathway by which highly tunable polyesters can create tunable nanoparticles, which can be used for small molecule drug encapsulation. Due to the nature of the backbone, these particles are hydrolytically and enzymatically degradable for a controlled release of a wide range of hydrophobic small molecules.

This article describes a process for tuning the size and crosslinking density of covalently crosslinked nanoparticles from linear polyesters containing pendant functionality. By tailoring synthesis parameters (polymer molecular weight, pendant functionality incorporation, and crosslinker equivalents), a desired nanoparticle size and crosslinking density can be achieved for drug delivery applications.

Ajustabilidade de Nanoesponjas em Tamanho e Densidade Reticular

We describe a protocol for the synthesis of linear polyesters containing pendant epoxide functionality and their incorporation into a nanosponge with ...

Processing of Bulk Nanocrystalline Metals at the US Army Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued development of nanocrystalline metals. Despite these efforts, the transition of these materials from the lab bench to actual applications has been blocked by the inability to produce large scale parts that retain the desired nanocrystalline microstructures. Following the development of a method proven to stabilize the nanosized grain structure to temperatures approaching that of the melting point for the given metal, the US Army Research Laboratory (ARL) has progressed to the next stage in the development of these materials - namely the production of large scale parts suitable for testing and evaluation in a range of relevant test environments. This report provides a broad overview of the ongoing efforts in the processing, characterization, and consolidation of these materials at ARL. In particular, focus is placed on the methodology used for producing the nanocrystalline metal powders, in both small and large-scale amounts, that are at the center of ongoing research efforts.

This paper provides a brief overview of the ongoing efforts at the Army Research Laboratory on the processing of bulk nanocrystalline metals with an emphasis on the methodologies used for the production of the novel metal powders.

Processamento de metais de nanocristalina em massa no exército E.U. Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued ...

Microscopic Visualization of Porous Nanographenes Synthesized through a Combination of Solution and On-Surface Chemistry

On-surface synthesis has recently been regarded as a promising approach for the generation of new molecular structures. It has been particularly successful in the synthesis of graphene nanoribbons, nanographenes and intrinsically reactive and instable, yet attractive species. It is based on the combination of solution chemistry aimed at preparation of appropriate molecular precursors for further ultra-high vacuum surface assisted transformations. This approach also owes its success to an incredible development of characterization techniques, such as scanning tunneling/atomic force microscopy and related methods, which allow detailed, local characterization at atomic scale. While the surface-assisted synthesis can provide molecular nanostructures with outstanding precision, down to single atoms, it suffers from basing on metallic surfaces and often limited yield. Therefore, the extension of the approach away from metals and the struggle to increase productivity seem to be significant challenges toward wider applications. Herein, we demonstrate the on-surface synthesis approach for generation of non-planar nanographenes, which are synthesized through a combination of solution chemistry and sequential surface-assisted processes, together with the detailed characterization by scanning probe microscopy methods.

<meta charset="utf8"></head><body>Visualização microscópica de nanografenos porosos sintetizados através de uma combinação de solução e química na superfície

A combination of solution and surface assisted synthesis opens new directions in the atomically precise synthesis of nanostructures. Scanning tunneling microscopy (STM) supplemented by non-contact atomic force microscopy (nc-AFM) enables detailed characterization of newly designed and generated carbon-based nano-objects.