РЕАЛИЗАЦИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА 2D ГРАФЕНОВЫХ СТРУКТУР ДЛЯ ИНИЦИИРОВАНИЯ ВЗРЫВЧАТОГО РАЗЛОЖЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ПЕРХЛОРАТА КОБАЛЬТА (III)

  • M.A. Ilyushin Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (СПбГТИ(ТУ)
  • Yu.N. Vedernikov Акционерное Общество «Научно-производственное предприятие «Краснознамёнец»
  • A.P. Voznyakovskii Научно-исследовательский институт синтетического каучука им. С.В. Лебедева
  • I.V. Shugalei Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (СПбГТИ(ТУ)
  • A.V. Smirnov Акционерное Общество «Научно-производственное предприятие «Краснознамёнец»
  • A.I. Kovalenko Акционерное Общество «Научно-производственное предприятие «Краснознамёнец»
  • V.G. Butenko Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Межведомственный центр аналитических исследований в области физики, химии и биологии при Президиуме Российской академии наук (МЦАИ РАН)
  • Yu.A. Kulagin Государственный научный центр Российской Федерации Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-исследовательский институт химии и механики» (ГНЦ РФ ФГУП «ЦНИИХМ»)
DOI: https://doi.org/10.6060/rcj.2021653.2
Ключевые слова: лазерное инициирование, многослойный графен, комплексный перхлорат кобальта (III)

Аннотация

Модификация поверхности кристаллов энергетических материалов (ЭМ) наноуглеродными добавками представляет собой эффективный путь целенаправленного повышения их восприимчивости к электромагнитному излучению. В качестве ЭМ для последующей модификации был использован комплексный перхлорат кобальта (III) – перхлорат пентааммин(5-нитротетразолато-N2) кобальта (III) (NCP). Наноуглеродной добавкой служили многослойные (2-5 слоев) 2D графеновые листы (GnS), содержащие терминальные гидроксильные группы. Источником когерентного излучения являлся лазерный диод (ЛД) с длиной волны 976 нм. Излучение от ЛД передавали на мишень через оптическое волокно. Было приготовлено и испытано 2 серии образцов: пиротехническая смесь, содержащая 97% NCP и 3% GnS, и комплекс NCP. Отдельными опытами было найдено, что при смешении комплекса NCP и графена GnS в ультразвуковом поле происходит взаимодействие между компонентами смеси. Эксперименты с ЛД показали, что пиротехническая смесь NCP с GnS имеет порог восприимчивости к лучу лазерного диода примерно 200 раз ниже, чем комплекс NCP той же дисперсности. Высказана гипотеза, не противоречащая полученным экспериментальным данным, что инициирование пиротехнического состава NCP/GnS происходит вследствие возникновения фототока в графеновой добавке под воздействием когерентного лазерного излучения (явление фотовольтаики). Проведены испытания пиротехнического состава NCP/ GnS 97/3% в макете лазерного капсюля-детонатора с положительными результатами. Результаты работы могут служить основой для разработки безопасных, надежных и экологичных лазерных детонаторов для применения в горнодобывающей, нефтегазовой промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Литература

Brink T. Green energetic materials. John Wiley & Sons Ltd. 2014. P. 304.

Ilyushin M.A., Kotomin A.A., Dushenok S.A. Energy-Saturated Metal Complexes. Russian Journal of Physical Chemistry B. 2019. V. 13. N 1. P. 119–138. DOI: 10.1134/S1990793119010238.

Ahmad S.R., Cartwright M. Laser Ignition of Energetic Materials. Chichester: John Wiley & Sons, 2015.

Handbook of Ecomaterials /Eds. Martínez L.M.T., Kharissova O.V., Kharisov B.I., Volum 5, Part XVII, Eco-materials with Special Properties, 138 Eco-friendly Energetic Substances for Initiation Devices, Contributors: M.A. Ilyushin, I.V. Shugalei, Springer Nature Switzerland AG, Cham. 2019. 3433. DOI: 10.1007/978-3-319-68255-6_46.

Sunahara G.I., Lotufo G., Kuperman R.G., Hawari J. Ecotoxicology of Explosives. London / New York: Taylor and Francis Group. 2009. P. 336.

Smirnov A.V., Fedotov S.A., Ageev M.V., Vedernikov Yu.N., Ilyushin M.A. Search of promising explosives for initiation agents in the series of tetrazolate amminates of cobalt (III). Boepripasy i vysokoenergeticheskie kondensirovannye sistemy: nauchno-tachniсheskii zhurnal. 2018. № 1. P. 31–36. (in Russian).

Savenkov G.G., Ilyushin M.A. Initiation of explosive transitions in energy–saturated cobalt salt and nanosized carbonic additives compounds by means high-current electron beam. Proceedings of the 19-th Seminar “New trends in research of energetic materials” Pardubice. Czech Republic. April 20-22. 2016. Part 1I. P. 891–895.

Savenkov G.G., Morozov V.A., Ilyushin M.A., Oskin I.A., Bragin V.A., Kozlov A.S. Influence of Nanosized Carbon Forms on the Properties and Susceptibility of Energy-Saturated Cobalt Salt to a Pulsed Electron Beam. Technical Physics. 2017. V. 62. N 11. P. 1703–1708. DOI: 10.1134/S1063784217110263.

Savenkov G.G., Morozov V.A., Ilyushin M.A., Kats V.M. Graphene As a Sensitizing Additive to High-Energy Cobalt Salt for Enhanced Initiation by a High-Current Electron Beam. Technical Physics Letters. 2018. V. 44. N 6. P. 522–524. DOI: 10.1134/S1063785018060275.

Zhang, X., Hikal W., Zhang Y., Bhattcacharia S., Li L., Wang S.R., Weeks B.L. Direct laser initiation and improved thermal stability of nitrocellulose/graphene oxide nanocomposites. Applied Physics Letters. 2013. 102(14). P. 5428. DOI: 10.1063/1.4801846.

Liu C.J., Li X.D., Li R., Yang Q., Zhang H.P., Yang B., Yang G.C. Laser ignited combustion of graphene ox-ide/nitrocellulose membrane for solid propellant micro thruster and solar water distillation. Carbon. 2020. 166. P. 138–147. DOI: 10.1016/j.carbon.2020.05.014.

Li X.D., Huang B., Li R., Zhang H.P., Qin W.Z., Qiao Z.Q., Liu Y.S., Yang G.C. Laser-Ignited Relay-Domino-Like Reactions in Graphene Oxide/CL-20 Films for High-Temperature Pulse Preparation of Bi-Layered Photothermal Membranes. Small. 2019. P. 1900338. DOI: 10.1002/smll.201970107.

Voznyakovskii A.P., Neverovskaya A.Yu., Otvalko Ja.A., Gorelova E.V., Zabelina A.N. Facile synthesis of 2D carbon structures as a filler for polymer composites. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2018. V. 9. N 1. P. 125–128. DOI 10.17586/2220-8054-2018-9-1-125-128.

Matyáš R, Pachman J. Primary explosives. Heidelberg: Springer. 2013. DOI: 10.1007/978-8-642-28436-6.

Zeman S., Jungova M. Technology of Explosives. Pardubice: University of Pardubice. 2019.

Klapötke T.M. Chemistry of High-Energy Materials. 4th ed. Berlin/Boston: Walter de Gruyter GmbH. 2017. DOI: 9783110536515-202.

Kuzmenko A.V., Tverjanovich A.S., Ilyushin M.A., Tveryanovich Yu.S. The effect of the concentration of high-absorbing inclusions on the laser initiation threshold of energetic materials: model and experiment. Journal of Energetic Materials. 2019. V. 37. N 4. P. 420–432. DOI: 10.1080/07370652.2019.1630028.

Ilyushin M.A., Vozniakovskii A.P., Shugalei I.V., Shustrova O.P., Kozlov A.S., Savenkov G.G., Vozniakovskii A.A., Tve-rianovich A.S. Mixtures of pentaammine(5-nitrotetrazolato – N2)cobalt (III) perchlorate and nanocarbon. Proceedings of the 22-th Seminar “New trends in research of energetic materials” Pardubice. Czech Republic. April 10-12. 2019. Part 1I. P. 431–434.

Wilson M. Electrons in Atomically Thin Carbon Sheets Behave Like Massless Particles. Physics Today. 2006. V. 59. No.1. P. 21–23. DOI: 10.1063/1.2180163.

Katsnelson M.I., Novoselov K.S. Graphene: New bridge between condensed matter physics and quantum electrody-namics. Solid State Communications. 2007. V. 143. P. 3–13. DOI: 10.1016 / j.ssc.2007.02.043.

Eletskiy A.V., Zitserman V.Yu., Kobzev G.A. Graphene in solar energy. Rossiiskie nanotechnologii. 2015. V.10. № 3–4. P. 16–25 (in Russian).

Опубликован
2021-09-17
Как цитировать
Ilyushin, M., Vedernikov, Y., Voznyakovskii, A., Shugalei, I., Smirnov, A., Kovalenko, A., Butenko, V., & Kulagin, Y. (2021). РЕАЛИЗАЦИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА 2D ГРАФЕНОВЫХ СТРУКТУР ДЛЯ ИНИЦИИРОВАНИЯ ВЗРЫВЧАТОГО РАЗЛОЖЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ПЕРХЛОРАТА КОБАЛЬТА (III). Российский химический журнал, 65(3), 19-24. https://doi.org/10.6060/rcj.2021653.2
Выпуск
Том 65 № 3 (2021): К 25-летию МЦАИ РАН
Раздел
Статьи