Обзор (вне конкурса научных работ 2020 года)

ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАЖИГАНИЯ И ГОРЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОЧАСТИЦ

Владимир Зарко^1,2, и Анатолий Глазунов²

¹ Институт химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского, Новосибирск 630090; ² Томский государственный университет, Томск 634050, Россия

Наночастицы металлов имеют широкий спектр применений в различных взрывных устройствах и двигательных установках, включая создание эффективных модификаторов скорости горения твёрдых топлив, усовершенствованных компонентов пиротехнических составов и др. Исследования в этом направлении интенсивно ведутся в США, России, Китае, других странах. Исследования последних десятилетий показали, что механизм горения металлических частиц резко меняется с уменьшением их размера. Следовательно, теоретическое описание зажигания и горения металлических наночастиц требует дополнительных исследований. При этом для обоснования теоретических моделей требуется получить объективную экспериментальную информацию о характеристиках процессов зажигания и горения наночастиц, что связано с решением серьёзных технических задач. Важным преимуществом изучения характеристик реагирования наночастиц является то, что это позволяет исследовать внутренний механизм гетерогенных реакций. Например, недавние экспериментальные исследования показали, что в термитных реакциях на основе наноалюминия большая часть тепловыделения обеспечивается механизмом пиролиза конденсированной фазы.

В данном обзоре основное внимание уделяется анализу специфических особенностей изучения зажигания и горения металлических частиц, поскольку литературные данные зачастую содержат неоднозначную информацию о характеристиках этих процессов, которая не позволяют сделать обоснованные утверждения об их механизме. Это, в частности, касается способов правильного определения размера наночастиц, правильного описания их параметров теплообмена и корректного определения времен задержки зажигания и горения. Подчеркивается, что существует проблема адекватного сравнения данных, полученных с использованием различных методов инжектирования частиц в зону горячего газа и с применением различных способов измерения времени реакции. Кроме того, имеющиеся в литературе данные получены для частиц с различной чистотой исходного материала и различным состоянием оксидного слоя. Очевидно, что в настоящее время такое сравнение может быть выполнено в основном на качественном уровне, и необходимо детально анализировать соответствующие параметры качества материала частицы и методов измерения. Кроме того, необходимо продолжить разработку передовых подходов для получения и измерения характеристик узких фракций наночастиц, а также для подробного описания динамического поведения частиц в условиях горячего газа.

Vladimir Zarko, Anatoly Glazunov. Review of Experimental Methods for Measuring the Ignition and Combustion Characteristics of Metal Nanoparticles. Nanomaterials 2020, 10(10), 2008; https://doi.org/10.3390/nano10102008.