Разработка методики исследования высокоэнергетических материалов на базе нанодисперсных компонентов - Физика и энергетика дипломная работа

Главная

Физика и энергетика
Разработка методики исследования высокоэнергетических материалов на базе нанодисперсных компонентов

Обоснование возможности использования наночастиц как компонентов высокоэнергетических материалов. Характеристики наночастиц, описывающие дисперсность, состав, структуру. Разработка расчетных средств и методик для прогнозирования калорийности ВЭМ.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Нанотехнология - достаточно новая область науки и техники, появление которой связано с обращением фундаментальных наук к наноразмерным объектам, совершенно новым структурам, обладателям уникальных свойств в той или иной области. Большинство этих свойств еще не изучены, еще не открыты многие возможности, связанные использованием наноматериалов.
Одна из таких возможностей (чем и обусловлен интерес к наноструктурам, в частности, ракетостроения) - применение подобных объектов в качестве компонентов высокоэнергетических материалов - в частности, компонентов ракетных топлив. Существует предположение о том, что введение в топливо тех или иных компонентов в виде наночастиц значительно повысит энергетическую эффективность этого топлива, что можно рассматривать как прорыв в ракетостроении.
В данной работе осуществляется разработка методики исследования ВЭМ на базе нанодисперсных компонентов: производится анализ свойств наноразмерных объектов и влияния их свойств на энергетическую эффективность топлив, разрабатываются программные средства, позволяющие произвести оценку калорийности топлив на базе нанокомпонентов, разрабатывается и описывается методика экспериментального определения калорийности топлив.
Судя по всему, эра «карликов» приходит на смену эре ЭВМ: появляется все больше и больше научных работ, связанных с изучением и применением наночастиц. Во многих отраслях науки уже используются их уникальные свойства, но большинство этих свойств еще не изучены, еще не открыты многие возможности, связанные использованием наноматериалов.
Наноструктурами называют структуры малых форм вещества (нанос - карлик, обычно от 1 до 1000нм). По мере измельчения вещества в нем могут возникать новые структуры. Состояние и структура - не одно и то же: изменение состояния фазы при изменении ее размера происходит всегда и описывается известными термодинамическими соотношениями, а структурные изменения, хоть и подчиняются термодинамике, - явление уникальное, установленное в эксперименте. Уже проведено множество таких экспериментов, и обнаружены десятки типов таких структур. В чем уникальность наноструктуры? [1]
Переход в мир наноразмерных объектов заставил обратить внимание на физические эффекты и явления, обнаруженные ранее, но по разным причинам не привлекавшие внимания или игнорировавшиеся.
Опытным путем выяснено, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например сверхтонкие пленки органических материалов, применяют для производства солнечных батарей. Такие батареи, хоть и обладают сравнительно низкой квантовой эффективностью, зато более дешевы и могут быть механически гибкими. Удается добиться взаимодействия искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров-белками, нуклеиновыми кислотами и др., что отразится на химии, биологии, медицине. [2]
Соизмеримость размеров наноматериала с характерным размером для того или иного физического явления вызывает разнообразные размерные эффекты, а увеличенная поверхностная энергия наночастиц приводит к метастабильному состоянию материалов, находящихся в ультрадисперсном состоянии. Могут изменяться межатомные расстояния и происходить перестройка кристаллической структуры вплоть до перехода кристаллической структуры в аморфное состояние. Поверхностные атомы подложки образуют силовое поле, которое способствует образованию на поверхности подвижных групп атомов и кластеров, причем над поверхностью подложки в процессе кристаллизации потенциал максимален, что приводит к высокой вероятности ассоциации атомов в кластер и низкой вероятности распада этого кластера.
Другой особенностью при создании наноструктур и наноэлементов является характерная зависимость функциональных свойств от геометрических размеров. Понятная на интуитивном уровне функциональная связь состав-свойство заменяется на непривычную размер-свойство или число атомов-свойство. Если в микроэлектронике изменение размеров структурных элементов вызывает только изменение величины параметров, то в наноэлектронике возникают новые функциональные возможности, требующие перехода к более упорядоченным средам. При переходе к наноразмерам происходит, в частности, изменение среднего координационного числа атомов в кристаллических наноструктурах в зависимости от их линейных размеров. В результате увеличения координационного числа в кристаллах диэлектрики переходят в металлическое состояние. Возможно также существование структур, состоящих из столь небольшого количества атомов и обладающих столь специфическими свойствами, что их можно трактовать как находящиеся в расплавленном состоянии при любой температуре. С чем же связаны такие свойства? В самом общем виде удаление от равновесия, и соответственно, избыточная свободная энергия Гиббса могут быть связаны с характерным для наноматериалов обилием поверхностей раздела, наличием неравновесных фаз и пограничных сегрегаций, остаточных напряжений и повышенного содержания дефектов кристаллического строения.
Дело в том, что в обычных макротелах число атомов на поверхности тела невелико по сравнению с его объемом, поэтому все физические свойства тела определяются физическими свойствами объемного образца. Особенность тонких пленок состоит в том, что у них объем, занимаемый поверхностными, атомными или молекулярными слоями, вполне сопоставим с объемом самой пленки. Пленку нанометровых размеров можно рассматривать как особую двумерную систему, свойства которой определяются исключительно свойствами поверхностного слоя, так как слоев, соответствующих объемному образцу, практически не существует.
Чтобы обраться к наноразмерным эффектам, следует обратиться к специфике малых систем, а она состоит в том, что чем меньше частицы вещества, тем большую относительную роль играют в них поверхностные явления. Это связано с уменьшением внутри наночастицы объемной фазы. В макрочастице: площадь поверхности ?=4рr 2 (~r 2 ) а ее объем V=4/3 рr 3 (~r 3 ),т.е. ?/V=1/r. При уменьшении размера частицы это нарушается, объемная фаза внутри нее уменьшается и может вообще исчезнуть.
При диаметре частицы 1-1.5 нм практически вся она представляет собой поверхность, и свойства ее будут совершенно уникальными. При диспергировании резко возрастает активность вещества в твердом состоянии и скорость физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Скорость такого взаимодействия всегда пропорциональна величине поверхности. Чем тоньше структура вещества, тем быстрее оно растворяется, тем быстрее протекают твердотельные реакции, например, при взрывах. Ярким примером этого является фрактальный клубок, взрывчатая способность которого приближается к взрывчатой способности лучших порохов. По плотности вещества это газ, но как связанное состояние вещества, он может проявлять свойства и жидкости, и твердого тела. Как система из нанометровых частиц, фрактальный клубок обладает большой поверхностной энергией. Поскольку заметная доля находящихся в нем молекул находится на поверхности частиц.
Для высокодисперсных частиц характерна структурная, фазовая и концентрационная неоднородность, в них реализуется особый тип дальнего порядка, при котором межатомное расстояние закономерно изменяется при переходе от центра частицы к ее поверхности. Следствием этого является возбужденное состояние атомов в решетке, что служит главной причиной повышенной физико-химической активности высокодисперсных систем.
Зависимости физико-химических свойств от размера частицы оказывают существенное влияние на оптические спектры, механические, магнитные и электрические свойства, термодинамику, электрохимию, особенности электропроводности и транспорта электронов. Специфические размерные эффекты наиболее сильно проявляются в малых частицах и особенно характерны для нанохимии, где преобладают нерегулярные зависимости свойств от размера. Зависимость реакционной способности от размера частиц может быть связана с изменением свойств частицы при ее взаимодействии с реагентом, корреляцией между геометрической структурой и структурой электронной оболочки, симметрией граничных орбиталей частицы относительно орбиталей адсорбируемой молекулы. Понимание закономерностей, управляющих частицей размером 1нм и меньше, является одной из основных проблем современной нанотехнологии.
Свойства многих наноматериалов становятся зависимыми от способа получения, что делает проблематичным установление основных закономерностей, обусловленных влиянием размера частиц на их физико-химические свойства. Особый интерес представляет взаимодействие электромагнитного излучения оптического и СВЧ диапазонов, с ансамблем, состоящим из наночастиц, при котором наблюдаются различные аномальные эффекты. Ряд экспериментальных данных дает основание полагать, что при гомогенном образовании зародыш кристаллической фазы может иметь другой фазовый состав, чем образующийся из него массивный кристалл. Фазовый состав одних и тех же веществ с одинаковым нанометрическим размером может быть разным в зависимости от вклада энергии поверхности раздела в общую энергию образующейся системы.
Получать наноструктуры можно двумя путями: либо тщательным измельчением (диспергированием) объемных образцов - путь «сверху-вниз», либо получением новой дисперсной фазы путем объединения молекул или ионов в кластеры, монокристаллиты или капли нанометрового размера за счет действия молекулярных и других сил - путь «снизу-вверх».
Роль среды диспергирования приобретает огромное значение. Релаксация огромных напряжений может осуществляться путем распада структуры кристалла на нанокристаллы. Распад структуры может происходить и отдельными нанокристаллами (нульмерный распад), и отдельными, линейно связанными нанокристаллами (одномерный распад), и отдельными слоями (двумерный распад).
Существует разные мнения по поводу того, что следует понимать под твердым телом. Первая точка зрения - только кристаллическая структура, имеющая ярко выраженный порядок может называться твердым телом. Но есть и другая, исходящая из наличия достаточного потенциального барьера, который препятствовал бы спонтанному переходу из одного равновесного состояния в другое. При достаточной величине потенциального барьера система может быть весьма устойчивой, и вероятность фазового перехода становится меньше, чем вероятность разрушения структуры под воздействием случайных величин. Вообще, кристаллизация является не основным видом отвердевания вещества. Физике твердотельных конденсированных сред присущи свои законы, отличающие поведение неупорядоченных аморфных твердых веществ от идеальных кристаллов, причем дефекты структуры вещества ведут себя по-разному в идеальной кристаллической решетке и аморфной структуре с большим количеством других дефектов. Поскольку у аморфных веществ внутреннее строение существенно меньше упорядочено, чем у кристаллических, то для аморфных тел характерны более высокие значения внутренней энергии и энтропии. Неустойчивость приводит не просто к потере равновесия системы, но и к появлению качественно новых физических эффектов, таких как самопроизвольное зарождение порядка в неупорядоченной системе.
Предполагается, что наиболее общей характеристикой вещества является не кристаллическая решетка, а его остов - непрерывная система межатомных связей. Такая система объединяет атомы вещества независимо от того кристаллическое оно или аморфное, в островки, цепи или каркасы, представляющие собой ноль - одно- двух- и трехмерные остовы вещества соответственно. Тип строения и свойства вещества при таком подходе определяются строением остова и его мерностью. Сохранение и деструкция остова в ходе химического превращения определяет тип этого превращения. Поэтому возможен синтез материалов на основе их метастабильных состояний, что значительно расширяет круг используемых материалов, тем более что аморфные материалы обладают некоторыми совершенно уникальными свойствами, недостижимыми в кристаллическом состоянии.
Второй путь физических методов получения ультрадисперсных частиц это их синтез на основе процессов испарения и конденсации, т.е. применение модифицированного метода термического вакуумного испарения, но с особым характером рабочей среды и особыми методиками организации процесса конденсации и сбора получаемого порошка. Разработаны физические основы конденсации металлов и предложены методы расчета распределения по размерам частиц аэрозоля металлов. Возможно получение порошка со средним размером 3-5 нм.
К химическим методам получения наночастиц и наноструктур относятся золь-гель - технологии, гидротермальный синтез, реакции в расплавах солей, седиментацию, восстановление из оксидов и других соединений, термическое разложение веществ. При этом основными условиями являются протекание реакции вдали от равновесия и высокая скорость образования зародышей новой фазы в сочетании с малой скоростью их роста. Это обеспечивается подбором температуры, при которой химическая реакция идет достаточно интенсивно, а перенос через газовую фазу еще заторможен.
К настоящему времени накоплен обширный научный материал по экспериментально обнаруженным эффектам, связанным со слабыми и сверхслабыми воздействиями различной природы на разнообразные физические и биологические объекты и процессы. Несмотря на то, что интенсивность этих воздействий исключительно мала, факты такого влияния однозначно зафиксированы для самых различных типов воздействий и разнообразных физических систем. При изучении влияния импульсных магнитных полей (ИМП) на конденсируемые среды установлено, что кратковременное воздействие слабых ИМП вызывает долговременное изменение структуры и физических свойств широкого класса немагнитных материалов, причем наблюдается запаздывание проявления эффектов после окончания воздействия и долговременный немонотонный характер кинетики этих процессов. Например, меняется температура плавления, энергия активации и температура кристаллизации через несколько часов после воздействия.
Установлено, что кратковременное воздействие ИМП приводит к топологии поверхности. Зафиксированные изменения достигают максимума в районе 150-200 часов после снятия воздействия. Похожие эффекты наблюдаются в высокотемпературных проводниках.
Поскольку практически все наноструктуры являются твердотельными, то в них, как в упругой среде, могут возникать объемные и поверхностные волны, локализованные вблизи границ зерен. Свойство поверхностных волн локализовать энергию возмущений, созданных на поверхности в узком поверхностном слое, приводит к резонансным явлениям, сопровождающим движение вдоль поверхности источников возмущений. Можно предположить, что большинство наблюдаемых эффектов воздействия слабых и сверхслабых возмущений на физические системы связано с резонансными процессами.
Полученные в неравновесных условиях после прекращения технологического процесса фрактальные структуры стремятся к равновесному состоянию, вследствие чего в них продолжается процесс эволюции. Их состояние можно сравнить как бы с резкой заморозкой и дальнейшим медленным эволюционным процессом перестройки их структуры. Неверно определять эти процессы как деградацию или старение, поскольку речь не идет об ухудшении каких-то характеристик или процессах распада, здесь более уместен термин «созревание» или эволюционирование.
Коллоидная химия - наука, изучающая дисперсные системы и поверхностные явления. К поверхностным явлениям относятся процессы, происходящие на границе раздела фаз, в межфазном поверхностном слое и возникающие в результате взаимодействия сопряженных фаз. Как уже было сказано выше, влияние поверхностных явлений на процессы, происходящие в наноструктурах - важнейшая особенность исследуемых систем. Поэтому перед тем как заняться детальным рассмотрением и анализом энергетических свойств наноструктур необходимо обозначить основные процессы и явления, характерные для таких систем а также привести соотношения, выражающие основные закономерности коллоидной химии.
1. Дисперсность (раздробленность) - определяется размерами и геометрией наноструктуры.
Важнейшей характеристикой дисперсности является:
Удельная поверхность частицы - площадь раздела фаз, приходящаяся на единицу объема дисперсной фазы.
где S - площадь межфазной поверхности, V - объем частицы
Для системы, содержащей одинаковые частицы дисперсной фазы сферической формы(исследуемый случай):
где а - выбранный линейный размер частицы
При дроблении и измельчении тел увеличивается их удельная поверхность, которая может достигать значительных величин. Размеры молекул обычно составляют доли нанометра - при таких условиях удельная поверхность может иметь значения, достигающие тысячи квадратных метров на кубический сантиметр. Используя удельную поверхность как усредненную характеристику можно сравнивать различные дисперсные системы между собой.
2. Гетерогенность (многофазность) - признак, указывающий на наличие межфазной поверхности (поверхностного слоя) в этих структурах. Поскольку коллоидная химия концентрирует внимание на процессах, происходящих на межфазных границах, именно этот признак обуславливает характерные свойства объектов.
Поскольку все дисперсные системы гетерогенны, они состоят как минимум из двух фаз. Одна из них является сплошной и называется дисперсионной средой, другая - раздроблена и распределена в первой; ее называют дисперсной фазой.
Поверхностные явления классифицируют в соответствии с объединенным уравнением первого и второго начал термодинамики, в которое входят основные виды энергии. Для любой гетерогенной системы его можно записать так
dG = - SdT + Vdp + уds + + цdq (1.2)
где G - энергия Гиббса; S - энтропия; T - температура; V - объем; p - давление; у - поверхностное натяжение; s - площадь поверхности; - химический потенциал компонента i; - число молей компонента i; - электрический потенциал; q - количество электричества.
Величина уds называется поверхностной энергией системы.Любая дисперсная система обладает поверхностной энергией.
Уравнение выражает приращение энергии Гиббса через алгебраическую сумму приращений других видов энергии. Стрелки указывают на пять возможных процессов превращения поверхностной энергии уds: а) в энергию Гиббса б) в теплоту в) в химическую энергию г) в механическую энергию д) в электрическую энергию. Превращение поверхностной энергии в представленные виды энергии отвечает поверхностным явлениям, таким как измерение реакционной способности с изменением дисперсности, адгезия и смачивание, капиллярность, адсорбция, электрические явления.
Поверхностное натяжение (у) - величина, характеризующая энергию единицы поверхности. Поверхностное натяжение определяет степень гетерогенности, резкость перехода от одной фазы к другой, различие между соприкасающимися фазами. Чем сильнее выражена гетерогенность и чем более резко различаются по природе сопряженные фазы, тем больше поверхностное натяжение. Запишем его для гетерогенной системы относительно изменения внутренней энергии U:
S - энтропия, T - температура, V - объем, p - давление, у - поверхностное натяжение , s - площадь поверхности, - химический потенциал компонента i, - число молей компонента i, - электрический потенциал, q - количество электричества
т.е. поверхностное натяжение есть частная производная от внутренней энергии по площади поверхности раздела фаз при постоянных энтропии, объеме, количестве молей и заряде.
Так как объединенное уравнение первого и второго начал термодинамики может быть записано и относительно других термодинамических потенциалов, а именно энергии Гиббса, энергии Гельмгольца и энтальпии H, то при соответствующих постоянных параметрах получим
Таким образом, поверхностное натяжение есть частная производная от любого термодинамического потенциала по площади межфазной поверхности при постоянных соответствующих параметрах. [4] Из данного определения поверхностного натяжения следует, что при постоянных соответствующих параметрах и концентрациях увеличение площади поверхности раздела фаз в квазистатическом процессе сопровождается работой W причем
Поверхностное натяжение, например, на границе жидкой с газовой фазой можно представить как работу, расходуемую на обратимый разрыв столбика этой жидкости с поперечным сечением Ѕ единице площади, т. к. при разрыве образуется новая поверхность, равная единице площади (его можно рассматривать как работу переноса молекул из объема тела на поверхность). Так как поверхностное натяжение связано с работой, расходуемой на разрыв межмолекулярных связей, оно ими и обусловлено. Чем сильнее межмолекулярные связи в данном теле, тем больше поверхностное натяжение.
У тел в твердом состоянии, по сравнению с жидким, силы межмолекулярного и межатомного взаимодействия больше на величину, определяемую энтальпией плавления (затвердевания). Соответственно, они имеют и большее поверхностное натяжение.[5]
Отличия наносистем от дисперсных систем.
Несмотря на те же способы получения, некоторые свойства наноструктур отличаются от свойств дисперсных систем.
Рис.1.1 слева: сечение наночастицы, справа - сечение частицы дисперсной фазы, под ними: слева - микрочастица, находящаяся в несимметричном силовом поле, справа - микрочастица, находящаяся в симметричном силовом поле
Так как наночастица по размеру меньше частицы дисперсной фазы большинство составляющих ее микрочастиц расположены на поверхности наночастицы ( т.е. находятся в несимметричном силовом поле). Из этого следует, что поверхностная энергия такой частицы больше, чем та, которой обладает частица дисперсной фазы.
Как следует из определения, поверхностное натяжение различных конденсированных тел на границе с газом непосредственно связано с межмолекулярным и межатомным взаимодействием в конденсированной фазе. Взаимодействие молекул внутри одной фазы называют когезией.
Когезионные силы называют силами притяжения. Когезия отражает межмолекулярное взаимодействие внутри гомогенной фазы, поэтому ее могут охарактеризовать такие параметры как энергия кристаллической решетки, внутреннее давление, энергия парообразования и др.
В процессе испарения вещества происходит полный разрыв межмолекулярных связей поэтому работа когезии определяется энтальпией парообразования:
где ?G п - изменение энергии Гиббса при парообразовании; ?S п - изменение энтропии при парообразовании.
Энтальпия парообразования твердых тел равна энергии кристаллической решетки.
В условиях равновесия между конденсированной и паровой фазами p = const. и
Следовательно, чем больше энтальпия парообразования, тем больше работа когезии, а значит и поверхностное натяжение, его энтропия.
Говоря об избыточной энергии раздела фаз необходимо подчеркнуть особенность термодинамического состояния вещества в поверхностных слоях. Эта особенность в каждом отдельном случае проявляется в ненасыщенности определенных физических сил и химических связей, характерных для конденсированных фаз, а для твердых тел поверхностные свойства зависят также от типа кристаллических решеток. Разные кристаллические структуры резко отличаются по свойствам, в том числе и по энергии когезионных связей. Прослеживается уменьшение этой энергии в ряду кристаллов:
ковалентные > ионные > металлические > молекулярные
Кроме того, химическая структура различных граней одного и того же кристалла может существенно различаться.
В соответствии с известным уравнением энтальпия поверхности равна:
По аналогии - избыток внутренней энергии поверхности конденсированных систем:
где s означает отнесение потенциалов к единице поверхности
Учитывая, что G s = у , а также второе начало термодинамики, получим:
После некоторых преобразований при постоянстве всех параметров, кроме T:
Это соотнощение называется уравнением Гиббса-Гельмгольца. Оно связывает полную поверхностную энергию с энергией Гиббса. Из этого уравнения следует, что для определения полной поверхностной энергии необходимо знать зависимость поверхностного натяжения от температуры. Конкретную зависимость можно получить экспериментально, но можно сделать общий вывод: т.к. q s >0 всегда для индивидуальных веществ, тогда и (?у/?T) p > 0.
Приведенные выше утверждения и соотношения позволяют сделать вывод о наличии у наночастиц избыточной энергии, обусловленной особенностями их строения, что является следствием уменьшения размера частицы.
В работе Бабука В.А. и Салимуллина Р.М. «Наночастицы как компонент высокоэнергетических конденсированных систем» были определены термодинамические характеристики наночастиц (состоящих из различного количества молекул).
Для упрощения получения этих характеристик в указанной работе были введены следующие допущения:
o Рассматривается макроскопическое количество наночастиц, находящихся в равновесном состоянии.
o Отсутствует взаимодействие наночастиц как между собой, так и с окружающей средой.
o Количество микрочастиц, входящих в состав наночастицы, является фиксированным (заданным).
o Все микрочастицы, входящие в состав наночастицы, обладают одинаковыми свойствами.
o В качестве размера наночастицы принимается радиус эквивалентной сферы, описанной вокруг наночастицы.
o Свойства вещества наночастиц близки к свойствам плотной жидкости.
o Парный потенциал взаимодействия зависит только от свойств микрочастиц
Ниже кратко описан алгоритм расчета, используемый в указанной работе.
Для достижения равновесного состояния одна из термодинамических функций должна быть минимальной. Учитывая заданные условия (достаточно низкие температуры, молекулы почти неподвижны) такой функцией является потенциальная энергия.
Задача состоит в следующем: необходимо найти такое пространственное положение микрочастиц в наночастице, которое бы обеспечивало минимальное значение потенциальной энергии. В качестве характерного размера наночастиц используется радиальная координата (радиус эквивалентной сферы, описанной вокруг наночастиц). [7]
Определяется минимум потенциальной энергии одной микрочастицы в зависимости от радиальной координаты для каждой фазы. Радиус, на котором это достигается есть равновесное расстояние. Этот расстояние определяют для каждой фазы. Далее уточняется вид радиальной функции.
Радиальная функция - определяет характер взаимодействия между частицами, в данном случае учитывает то обстоятельство, что взаимодействие между молекулами происходит на близких расстояниях. Далее, с учетом равновесных расстояний и плотной упаковки строится частица.
Удельная энтальпия продуктов сгорания определяется как сумма вещества классической объемной фазы и разность удельной потенциальной энергии наночастиц и удельной потенциальной энергии вещества классической объемной фазы.
Зная данные о строении наночастицы, можно определить ее термодинамические характеристики.
Таблица 1.1 Термодинамические характеристики наночастиц алюминия
Из таблицы видно, что по мере увеличения радиуса наночастицы R np , т.е. уменьшения параметра n s (количества молекул, находящихся на поверхности частицы) энтальпия образования ?H 0 f , пр существенно падает. И, наоборот, уменьшение размера частицы способствует увеличению энтальпии ?H 0 f , пр . То есть самой энергетически выгодной является частица почти все молекулы которой находятся на поверхности, самая маленькая.
Поскольку интересующий нас вопрос в рамках данного исследования - возможности получения ракетного топлива, обладающего значительным избытком энергии по сравнению со стандартным, рассмотрим, как же это можно сделать, используя знания о строении и свойствах наночастиц, а также учитывая результаты уже проведенных исследований.
Ракетное топливо - это источник энергии для ракетного двигателя. Ракетный двигатель - это реактивный двигатель, задачей которого обычно является доставка полезной массы на определенную дальность или высоту. Наиболее распространены химические ракетные двигатели - двигатели, в которых применяются химические источники энергии или химические топлива. Химическая энергия - энергия, выделяемая в ходе химической реакции за счет уменьшения энергетических уровней молекул продуктов реакции по сравнению с энергетическими уровнями атомов и молекул, вступающих в реакцию.
В ходе таких реакций атомы одного вещества (окислитель) притягивают к себе электроны, а атомы другого (горючее) отдают их. В результате происходит взаимное переплетение электронных оболочек так, что некоторые электроны оказываются одновременно на внешних оболочках двух атомов. Таким образом, внешние электронные оболочки атомов в продуктах реакции оказываются более заполненными, чем в реагирующих атомах. Поскольку заполнение внешней электронной оболочки сопровождается падением энергетического уровня атома, продукты реакции имеют более низкий энергетический уровень, чем исходные вещества. Разность этих энергетических уровней и определяет величину химической энергии, выделяющейся при реакции.
Наибольшими тепловыми эффектами сопровождаются реакции горения, т.е. окисления различных элементов кислородом или фтором, т.е. они являются окислителями. Топливо химического ракетного двигателя является источником как тепловой энергии, так и газообразного рабочего тела, при расширении которого его внутренняя энергия преобразуется в кинетическую энергию реактивной струи.
Поскольку объектом исследования данной работы является смесевое твердое ракетное топливо, рассмотрим, что оно из себя представляет.
Смесевое твердое ракетное топливо (СТРТ) - это гетерогенная система, состоящая из полимерного связующего, окислителя, металлического горючего и специальных добавок, получаемая путем механического смешения входящих в ее состав компонентов с последующим превращением в твердый монолитный блок, способный к закономерному горению.
СТРТ относится к группе химических топлив.
1.Окислитель - источник окислительного агента в активной форме, обеспечивающего процесс горения. В качестве окислителя обычно используют неорганические соли, способные при разложении выделять О 2 (нитраты, хлораты, перхлораты). Например: нитрат аммония, перхлораты аммония и калия.
2. Связующее-горючее является компонентом, связывающим все составляющие топлива в единую систему, обеспечивает необходимые физико-механические характеристики гото
Разработка методики исследования высокоэнергетических материалов на базе нанодисперсных компонентов дипломная работа. Физика и энергетика.
Пролог К Школьному Сочинению 4 Буквы
Договор подряда. Общие положения
Дипломная Работа Догоспитальном Этапе
Реферат: Механизм государственного управления
Курсовая работа: Регулирование водного, воздушного и питательного режимов почв с помощью гидротехнических, культуртехнических и химических мелиораций
Дневник Практики Помощник Врача Педиатра Поликлиники
Гос Стандарты Оформления Реферата
Реферат: Транспортировка взрывчатой нефти. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Переработка нефти
Реферат: The Significance Of Symbols In Modern Witchcraft
Реферат по теме Развитие земледелия в России в начале ХХ в.
Доклад по теме Точка, точка. Запятая
Дипломная работа по теме Профилактика межличностных конфликтов у детей младшего школьного возраста в школе
Реферат: Первый русский фарфор
Курсовая работа по теме Система счетов бухгалтерского учета от классики до современности
Учебное пособие: Виконання економічної частини дипломних проектів і робіт
Написать Сочинение Почему
Курсовая работа: Приложение к бухгалтерскому балансу назначение, порядок, составления отчета
Закон и утопия - эссе
Сочинение На Тему Люди С Ограниченными Возможностями
Національні інформаційні ресурси України - Государство и право курсовая работа
Процесс желчеобразования. Свойства желчи - Медицина презентация
Зовнішня політика Республіки Техас в контексті системи міжнародних відносин першої половини ХІХ ст. - История и исторические личности статья