| Titel | Nanotribologie an explosionsfähigen Kristallen |
| Autor | Heinz Sturm, Alexander Kovalev |
| Infos zum Autor | Autorenanschrift: Heinz Sturm und Alexander Kovalev BAM - Bundesanstalt für Materialforschung, Unter den Eichen 87 12205 Berlin Email: heinz.sturm@bam.de; alexander.kovalev@bam.de |
| Inhalt | Zusammenfassung Energetische Materialien enthalten gespeicherte chemische Energie. Diese potentielle Energie kann bei Zündung schlagartig als Strahlungsenergie und Druckerhöhung freigesetzt werden. Nanoskalige Komponenten erhöhen zusätzlich die innere Energie des Materials um den Beitrag der Oberflächenenergie und verbessern die chemische Umsetzung durch bessere Durchmischung. Die hot-spot-Theorie zur Zündung von Explosivstoffen kombiniert mechanische Stimulation und einer dabei zu erreichenden Schwellwert-Energie mit der Temperatur. Wird die Energie zum exothermen Bindungsbruch etwa beim Reibvorgang erreicht entsteht auf der molekularen Skala ein hot-spot. Der Stoff explodiert, wenn der hot-spot ausreichend lange besteht, sich verstärkt und nicht durch Energiedissipation (Festkörperschallausbreitung, Wärmediffusion) verzehrt wird. Rasterkraftmikroskopie (AFM — atomic force micorscopy) dient nicht nur zur bildgebenden Vermessung der Topographie und der mechanischen Eigenschaften, sondern kann auch zur gezielten Veränderung der Oberflächen verwendet werden. Solche lithographischen Verfahren bedienen sich im AFM-Kontaktmodus (Scratching Lithography) direkt der Reibung, im hochfrequenten intermittierenden Kontaktverfahren realisiert man einen vibrierenden Kontaktes (Dynamic Plowing Lithography), der beim Eindringen in eigenen Indentationseindruck reibt. In beiden Fällen überträgt man durch Kombination einer Scherbewegung mit einer Variation des Kontaktdrucks Energie auf die Oberfläche, was nachweislich zum chemischen Bindungsbruch z.B. auf Polymeroberflächen führt. Zwei kristalline Explosivstoffe werden untersucht und sowohl dissipative Effekte als auch die Generierung eines hot-spots demonstriert [9, 10]. Abstract The potential chemical energy of an energetic material can be released abruptly as radiant energy and pressure. Using nanoscale components increase the internal energy by the contribution of surface energy and improve the progress of the chemical reaction. The hot-spot theory of ignition describes the conversion of mechanical energy of friction or impact into heat, leading to exothermal decomposition of the explosive. Thus, it is evident that ignition should be studied on the nanoscale and atomic force microscopy (AFM) provides one of the best solutions to study such behavior. AFM, often used to map a topography image and local mechanical properties on a surface, can also be utilized for carrying lithography, namely scratching lithography or dynamic plowing lithography. In both cases shear stress combined with a variation of contact pressure transfers sufficient energy into the surface to break chemical bonds. Two crystalline explosives are investigated and dissipative processes as well as hot-spot generation are described. During the nanotribological test, the in-situ restructuring of molecular layers under ambient conditions was observed and recorded [9, 10]. |
| Datum | 2013 |
