Mechanical stimulation of energetic materials at the nanoscale

文献情報

出版日 2022-03-30
DOI 10.1039/D2CP00832G
インパクトファクター 3.676
著者

Ekaterina K. Kosareva, Radmir V. Gainutdinov, Adam A. L. Michalchuk, Ivan V. Ananyev, Nikita V. Muravyev


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要旨

The initiation of energetic materials by mechanical stimuli is a critical stage of their functioning, but remains poorly understood. Using atomic force microscopy (AFM) we explore the microscopic initiation behavior of four prototypical energetic materials: 3,4-dinitropyrazole, ε-CL-20, α-PETN and picric acid. Along with the various chemical structures, these energetic compounds cover a range of application types: a promising melt-cast explosive, the most powerful energetic compound in use, a widespread primary explosive, and a well-established nitroaromatic explosive from the early development of energetics. For the softest materials (picric acid and 3,4-dinitropyrazole), the surfaces were found to behave dynamically, quickly rearranging in response to mechanical deformation. The pit created by nanoscale friction stimulation on the surface of 3,4-dinitropyrazole doubled in volume upon aging for half an hour. Over the same time frame, a similar pit on the picric acid surface increased in volume by more than seven-fold. Remarkably, increased humidity was found to reduce the rate of surface rearrangement, potentially offering an origin for the desensitization of energetic materials when wetted. Finally, we identify an inverse correlation between the surface dynamics and mechanical sensitivity of our test energetic compounds. This strongly suggests that surface dynamics influence a material's ability to dissipate excess energy, acting as a buffer towards mechanical initiation.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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