EP1334955A2 - Nanostrukturierte Reaktivstoffe - Google Patents

Nanostrukturierte Reaktivstoffe Download PDF

Info

Publication number
EP1334955A2
EP1334955A2 EP03002476A EP03002476A EP1334955A2 EP 1334955 A2 EP1334955 A2 EP 1334955A2 EP 03002476 A EP03002476 A EP 03002476A EP 03002476 A EP03002476 A EP 03002476A EP 1334955 A2 EP1334955 A2 EP 1334955A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactive
silicon
substances according
reactive substances
oxidizing agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03002476A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1334955A3 (de
Inventor
Joachim Dr. Diener
Egon Gross
Nicolai Künzner
Dimitri Dr. Kovalev
Victor Dr. Timosnenko
Manfred Dr. Schildknecht
Karl Rudolf
Heinz Hofmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diehl Defence GmbH and Co KG
Original Assignee
Diehl Munitionssysteme GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diehl Munitionssysteme GmbH and Co KG filed Critical Diehl Munitionssysteme GmbH and Co KG
Publication of EP1334955A2 publication Critical patent/EP1334955A2/de
Publication of EP1334955A3 publication Critical patent/EP1334955A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B33/00—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • C06B45/18—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising a coated component
    • C06B45/30—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising a coated component the component base containing an inorganic explosive or an inorganic thermic component

Definitions

  • the invention relates to nanostructured reactive substances according to the Preamble of claim 1.
  • silicon atoms are exposed on the surface of the silicon structures and can react with the oxygen in the pores.
  • the energy released by the oxidation reaction causes, among other things, the further removal of hydrogen from the surface of the silicon structures and thus the exposure of silicon atoms, which in turn now react with the oxygen in the environment.
  • Partial oxidation of the surface of the silicon structures stabilizes the system. Since liquid oxygen has to be introduced for the reaction, it only takes place at cryogenic temperatures up to ⁇ 90K. The reaction is triggered spontaneously. The reactive system is therefore not stable and cannot be handled in practice.
  • the invention is based on the object of a safely manageable nanostructured Propose reactive substance based on fuel and oxidant Nanometer size scale is stable and separated from each other Exposure to energy can be brought together for an explosive reaction.
  • a mixture of fuel (silicon) and oxidant on a nanometer scale enables almost direct contact between the fuel and the Oxidizing agent, only separated by a barrier layer. After breaking the barrier layer the fuel and oxidant are spatially close together and can be below React energy release.
  • the silicon-oxygen bond is e.g. B. about 18 KJ / mol stronger than the carbon-oxygen bond, which explains the increased energy density.
  • the reactive substance according to the invention can be safely handled in the temperature range from - 40 ° C to + 100 ° C and also in the event of unwanted external influences such as impact, fall, Light, heat, electromagnetic fields, scoring or sawing in silicon process lines.
  • the reactive substance can be integrated on chips or other components and is suitable for Detonator or igniter for impulse, gas, light, flame and shock wave generating media.
  • the invention is suitable as a pulse element for projectiles, for position control of satellites and control of missiles, missiles and projectiles as well as for ignition of explosives and ignition of other charges, such as propellant charges, pyrotechnic charges.
  • the reactive substance is also suitable as a chip-integrated, ultra-fast heating element for mass spectroscopic application or for the destruction of EPROMS.
  • the reactive substance has a high energy density and energy release rate compared to conventional reactive materials.
  • the energy release rate can be freely selected in a simple manner by choosing a suitable geometric structure and / or structure size. It can be set from burn-up to detonation. If the reactive substance is used as an explosive, the energy density is up to a factor of 5 greater than with TNT.
  • Porous silicon will by electrochemical etching of crystalline silicon (e.g. silicon wafers, wafers) produced and represents a sponge-like structure, consisting of a silicon framework and pores (holes).
  • the mean size, the pores and the remaining after etching Silicon structures, as well as the porosity can be selected by appropriate choice of parameters of the starting material used (substrate doping, etching current density, concentration or composition of the etching solution).
  • pores and silicon structures in the range from approximately 1 nm to 1000 nm can be achieved.
  • the porosity can be set over a range of 10% -98%. Since the pore network of the porous silicon samples is accessible from the outside (the environment), oxidizing agents can be introduced into the pores. The substances listed below appear suitable.
  • the silicon-hydrogen bond is on the surface of the nanostructured framework relatively weak and thus the mixture present on the nanometer size scale is made Fuel (silicon) and oxidizing agent in the pores are relatively unstable.
  • Fuel silicon
  • oxidizing agent in the pores are relatively unstable.
  • To increase the Stability requires additional passivation of the surface of the Silicon scaffold. This can e.g. through oxidation (thermal Treatment of the samples in an oxygen atmosphere) of the porous silicon sample after the Manufacture.
  • a barrier or buffer layer is formed (suboxide layer consisting of a submonolayer of oxygen).
  • the strength of the passivation can vary according to the duration of the thermal treatment (completeness of the oxidation of the surface) can be set. See the exemplary embodiment for details.
  • the barrier layer increases the stability 'of the in the reactive state (filling the pores with oxidizing agent) brought samples.
  • the introduced barrier layer can also act as a diffusion barrier for Slowly running oxidation processes act, which lead to a degradation of the reactive mixture.
  • the hydrogen-covered surface of the silicon structures in porous silicon Air is not stable to oxidation. Forms in a period of about a year a submonolayer of silicon oxide on the surface of the silicon structures.
  • the reactive samples are ignited by supplying energy and breaking the barrier layer on, whereby a direct contact of the fuel (silicon) with the oxidizing agent is achieved.
  • Possible ignition mechanisms are shock, temperature increase (e.g. through Current flow or laser pulse), pulsed laser radiation (which, for example, resonates with a Silicon-hydrogen or silicon-oxygen surface bond is located).
  • One advantage of this implementation is that, in contrast to porous silicon, there are no "connecting bridges" between the nanometer-sized silicon structures (solid framework) that can easily break when impacted, form free silicon bonds and thus lead to an unintended reaction.
  • the compactible body in contrast to porous silicon, can also be shaped geometrically freely.
  • Porous silicon with LiNO 3 as an oxidizing agent in the pores :
  • Porous silicon is produced by electrochemically etching a silicon wafer (surface (100), specific conductivity 8 ohm centimeters) with an etching solution of hydrofluoric acid (HF 49 percent by weight in water) and ethanol (1: 1 by volume).
  • the etching current density is 50 mA / cm 2 .
  • the etching time is 30 minutes.
  • the sample is annealed at 200 ° C in air for 1600 minutes
  • the surface of the silicon structures is covered with a submonolayer (an atomic layer passivated under the surface of the silicon structures).
  • the surface of the However, silicon structures remain covered with hydrogen.
  • One more way consists of annealing at 700 ° C for 30 seconds. The will also Removed hydrogen from the surface of the silicon structures.
  • the stability of the reactive samples filled with oxidizing agents can be slight or strong can be increased compared to the samples without tempering.
  • a saturated solution of lithium nitrate LiNO 3 in methanol is applied to the sample.
  • This saturated solution is drawn into the pores by capillary action.
  • the solvent is evaporated.
  • the application of the solution can be repeated several times in order to fill the pores as completely as possible with LiNO 3 .
  • Metal contacts are then evaporated onto the porous silicon sample, to which a voltage is applied in order to trigger the reaction between silicon and the oxygen from the LiNO 3 .

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

Manostrukturierte, poröse Reaktivstoffe zum Beispiel aus Silicium, bestehend aus Reaktivkörpern, deren Hohlräume mit Oxidationsmittel versehen sind. Eine Durchmischung von Silicium und Oxidationsmittel auf Nanometer-Größenskala ermöglicht einen nahezu direkten Kontakt zwischen dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel, nur getrennt durch eine Sperrschicht. Nach Aufbrechen der Sperrschicht liegen Brennstoff und Oxidationsmittel räumlich unmittelbar beieinander und können unter Energiefreisetzung reagieren. Der Reaktivstoff weist eine hohe Umsetzrate gegenüber herkömmlichen reaktiven Materialien auf.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf nanostrukturierte Reaktivstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Publikation Strong explosive interaction of hydrogenated porous silicon with oxygen at cryogenic temperatures, Physical Review Letters 87 (2001), 068301 (July 19, 2001) wird beschrieben, wie poröse Siliciumproben bestehend aus Siliciumstrukturen im Größenbereich von einigen Nanometern mit wasserstoffbedeckten Oberflächen explosiv reagieren, wenn sie in flüssigen Sauerstoff eingetaucht werden, bzw. wenn Sauerstoff aus der Umgebung in den Poren der Siliciumproben bei tiefen Temperaturen kondensiert. Die Reaktion liegt in einem Temperaturbereich von 4.2 K bis etwa 90 K. Die Wasserstoffatome auf der Oberfläche der Siliciumstrukturen spielen hierbei die Rolle einer Puffer- bzw. Sperrschicht, die den direkten Kontakt des Brennstoffs Silicum mit dem Oxidationsmittel flüssigem Sauerstoff verhindert. Sobald diese Pufferschicht durch Energieeinwirkung, Stoss, Laserpuls aufgebrochen wird, liegen Siliciumatome an der Oberfläche der Siliciumstrukturen frei und können mit dem Sauerstoff in den Poren reagieren. Die hierbei freigesetzte Energie der Oxidationsreaktion bewirkt unter anderem das weitere Entfernen von Wasserstoff von der Oberfläche der Siliciumstrukturen und somit das Freilegen von Siliciumatomen, die ihrerseits nun mit dem Sauerstoff der Umgebung reagieren.
Eine partielle Oxidation der Oberfläche der Siliciumstrukturen führt zu einer Stabilisierung des Systems. Da für die Reaktion flüssiger Sauerstoff eingebracht werden muss läuft diese aber nur bei kryogenen Temperaturen bis ∼90K ab.
Die Auslösung der Reaktion erfolgt spontan. Das reaktive System ist somit nicht stabil und in der Praxis nicht handhabbar.
In der Veröffentlichung Explosive Nanocrystalline Porous Silicon and Its Use in Atomic Emission Spectroscopy, Advanced Materials 2002, 14, No. 1 (January 4, 2002) wird beschrieben, wie poröses Silicium mit einer typischen Struktur- bzw. Porengröße bis zu 1 Mikrometer mit einer Lösung von Gadoliniumnitrat (Gd(NO3)3*6H2Oin Ethanol gefüllt wird. Die Proben werden danach getrocknet. Diese reaktiven, gefüllten Proben explodieren beim Anritzen mit einem Diamantschneider oder beim Zünden mit einem elektrischen Funken. Die bei der Explosion auftretenden hohen Temperaturen ermöglichen es, an den jeweiligen im Nitratsalz enthaltenen Metallen, Li, Na, K, Rb, Cs Spektroskopie zu betreiben. Proben, die viel Oberflächenoxid enthalten, also oxidiert bzw. getempert wurden, reagieren nicht. Deshalb wurden bei diesem Experiment ausschließlich frisch hergestellte Proben mit Wasserstoffbedeckung verwendet. Es wird nicht erwähnt, dass die oxidierten Proben stabil sind, bzw. dass das Oxid eine Pufferschicht bildet. Es wird auch auf die vorgenannte Veröffentlichung Bezug genommen und behauptet, dass im Gegensatz zur Füllung mit flüssigem Sauerstoff oder anderen flüssigen Oxidationsmitteln, die Proben kontrollierter zur Explosion gebracht werden können, wenn sie als reaktiver Feststoff eine Füllung aus Nitratsalz aufweisen. Jedoch ist hierbei immer noch die Aktivierungsenergie für das Auslösen der explosiven Reaktion zu gering, um einen praktikablen Einsatz als sicheren pyrotechnischen Stoff zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen sicher handhabbaren nanostrukturierten Reaktivstoff vorzuschlagen, bei dem Brennstoff und Oxidationsmittel auf Nanometergrössenskala voneinander räumlich getrennt stabil vorliegen und durch Energieeinwirkung zur explosiven Reaktion miteinander gebracht werden können.
Eine Durchmischung von Brennstoff (Silicium) und Oxidationsmittel auf Nanometer-Größenskala ermöglicht einen nahezu direkten Kontakt zwischen dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel, nur getrennt durch eine Sperrschicht. Nach Aufbrechen der Sperrschicht liegen Brennstoff und Oxidationsmittel räumlich unmittelbar beieinander und können unter Energiefreisetzung reagieren.
Die Silicium-Sauerstoffbindung ist z. B. um etwa 18 KJ/mol stärker als die Kohlenstoff-Sauerstoffbindung, wodurch sich die erhöhte Energiedichte erklärt.
Durch die nahezu unabhängige Einstellbarkeit von Porösität und mittlerer Größe der Siliciumstrukturen bzw. Poren ist es möglich die Menge der an der Reaktion beteiligten Edukte so einzustellen, dass deren Ablauf beeinflusst werden kann. So sind je nach Verhältnis von Brennstoff (Silicium) und Oxidationsmittel die Reaktionstypen Abbrand, Explosion, Detonation möglich. Um einen bestimmten Reaktionstyp zu erreichen sind die Parameter für Porösität und mittlere Poren- bzw. Siliciumstrukturgröße so auf das Oxidationsmittel abzustimmen, dass die aus der Stöchiometrie folgenden optimalen Mengenverhältnisse vorhanden sind.
Der erfindungsgemäße Reaktivstoff ist sicher handhabbar im Temperaturbereich von - 40 C° bis + 100 C° und auch bei ungewollten äußeren Einwirkungen, wie Stoß, Fall, Licht, Wärme, elektromagnetische Felder, Anritzen bzw. Sägen in Siliciumprozesslinien.
Der Reaktivstoff ist auf Chips oder anderen Bauelementen integrierbar und geeignet für Zünder oder Anzünder für impuls-, gas-, licht-, flamm- und stoßwellenerzeugende Medien.
Insbesondere ist die Erfindung als Impulselement geeignet für Projektile, zur Lageregelung von Satelliten und Steuerung von Raketen, Flugkörpern und Projektile sowie zur Zündung von Sprengstoffen und Anzündung von sonstigen Ladungen, wie Treibladungen, pyrotechnische Ladungen.
Weiterhin eignet sich der Reaktivstoff als chipintegriertes, ultraschnelles Heizelement, für massenspektroskopische Anwendung oder zur Zerstörung von EPROMS.
Aufgrund der hohen Energiedichte genügen kleine Mengen des Reaktivstoffes, so dass er ohne weiteres miniaturisierbar ist.
Der Reaktivstoff weist eine hohe Energiedichte und Energiefreisetzungsrate gegenüber herkömmlichen reaktiven Materialien auf. Die Energiefreisetzungsrate ist in einfacher Weise durch die Wahl einer geeigneten geometrischen Struktur und/oder Strukturgröße frei wählbar. Sie kann von Abbrand bis zur Detonation eingestellt werden.
Wird der Reaktivstoff als Sprengstoff eingesetzt, so ist die Energiedichte um bis zu einem Faktor 5 größer als bei TNT.
Die für eine Explosion charakteristischen Parameter sind zum Beispiel
  • 1) hohe Temperatur (12.000 K)
  • 2) schneller Reaktionsablauf > 104 m/s
  • 3) große Energiedichte (28 kJ/g)
    • Eine Möglichkeit der Realisierung basiert auf porösem Silicium. Poröses Silicium wird durch elektrochemisches Ätzen von kristallinem Silicium (z.B. Siliciumscheiben, Wafern) hergestellt und stellt eine schwammartige Struktur dar, bestehend aus einem Silicumgerüst und Poren (Löchern). Die mittlere Größe, der Poren und der nach dem Ätzen verbleibenden Siliciumstrukturen, sowie die Porösität (definiert als Volumenanteil der Poren am Gesamtvolumen der porösen Siliciumprobe) können durch geeignete Wahl der Parameter des verwendeten Ausgangsmaterials (Substratdotierung, Ätzstromdichte, Konzentration bzw. Zusammensetzung der Ätzlösung) eingestellt werden.
    Es können mittlere Größen für Poren und Siliciumstrukturen im Bereich von etwa 1nm bis 1000 nm erreicht werden. Die Porösität lässt sich etwa über einen Bereich von 10%-98% einstellen.
    Da das Porennetzwerk der porösen Siliciumproben von außen (der Umgebung) her zugänglich ist, können Oxidationsmittel in die Poren eingebracht werden. Geeignet erscheinen die nachgenannten aufgeführten Substanzen.
    Nach der Herstellung (elektrochemisches Ätzen) der porösen Siliciumproben ist die Oberfläche der verbleibenden Siliciumstrukturen mit einer Monolage atomaren Wasserstoffs bedeckt. Befindet sich nun ein Oxidationsmittel in den Poren der porösen Siliciumprobe, so ist es ausreichend, eine Silicium-Wasserstoffbindung an der Oberfläche der Siliciumstrukturen durch Energieeinwirkung aufzubrechen und somit einen Kontakt des nun freiliegenden Siliciums mit dem Oxidationsmittel zu erhalten. Das Silicium oxidiert dabei unter Energiefreisetzung. Diese führt zum Aufbrechen weiterer Bindungen, der passivierten Oberfläche des Siliciumgerüsts und es kommt in der Folge zu einer Kettenreaktion, bei der weiteres Silicium oxidiert wird.
    Die Silicium-Wasserstoffbindung an der Oberfläche des nanostrukturierten Gerüsts ist relativ schwach und somit ist das auf Nanometergrössenskala vorliegende Gemisch aus Brennstoff (Silicium) und Oxidationsmittel in den Poren relativ instabil. Zur Erhöhung der Stabilität ist es erforderlich, eine zusätzliche Passivierung der Oberfläche des Siliciumgerüsts vorzunehmen. Diese kann z.B. durch eine Oxidation (thermische Behandlung der Proben in Sauerstoffatmosphäre) der porösen Siliciumprobe nach der Herstellung erfolgen. Es bildet sich eine Sperr- bzw. Pufferschicht (Suboxidschicht bestehend aus einer Submonolage Sauerstoff) aus. Die Stärke der Passivierung kann je nach Dauer der thermischen Behandlung (Vollständigkeit der Oxidation der Oberfläche) eingestellt werden. Details dazu siehe das Ausführungsbeispiel. Die Sperrschicht erhöht die Stabilität' der in den reaktiven Zustand (Füllung der Poren mit Oxidationsmittel) gebrachten Proben. Die eingebrachte Sperrschicht kann auch als Diffusionsbarriere für langsam ablaufende Oxidationsprozesse fungieren, welche zu einer Degradation des reaktiven Gemisches führen können. Im gegebenen Anwendungsbeispiel ist anzumerken, dass die wasserstoffbedeckte Oberfläche der Siliciumstrukturen in porösem Silicium an Luft nicht stabil gegen Oxidation ist. In einem Zeitraum von etwa einem Jahr bildet sich eine Submonolage Siliciumoxid an der Oberfläche der Siliciumstrukturen. Für ein reaktives Gemisch aus nicht getempertem porösem Silicium und Oxidationsmittel bedeutet dies, dass sich die Eigenschaften der explosiven Reaktion sowie der Zündmechanismus (Zündschwelle) im Laufe der Zeit ändern.
    Die Zündung der reaktiven Proben erfolgt durch Energiezufuhr und bricht die Sperrschicht auf, wobei ein direkter Kontakt des Brennstoffs (Silicium) mit dem Oxidationsmittel erreicht wird. Mögliche Zündmechanismen sind Stoss, Temperaturerhöhung (z.B. durch Stromfluss oder Laserpuls), gepulste Laserstrahlung (die sich z.B. in Resonanz mit einer Silicium-Wasserstoff- bzw. Silicium-Sauerstoff-Oberflächenbindung befindet).
    Es ist möglich, kleine, nanometergroße Siliciumpartikel (Kolloide) herzustellen und daraus ein Pulver zu bilden. Die Reaktion verläuft beispielsweise über die langsame Verbrennung von Silan. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Prozess, bei dem Poren in einen Festkörper (Silicium) geätzt werden, ist es nun das Ziel, die Siliciumpartikel mit einer Schicht aus Oxidationsmittel zu umgeben und dann zu einem festen Körper zu kompaktieren. Dabei wird der Abstand der Partikel in dem Material durch die Dicke der auf die Siliciumpartikel aufgebrachten Schicht eingestellt. Ein anderes Verfahren besteht darin, die einzelnen Silicium-Nanokristalle durch Oberflächenatome der Siliciumpartikel miteinander zu verbinden. Die funktionellen Gruppen von "Spacer"-Molekülen, fungieren als Abstandhalter auch als Lieferant für einen Oxidanten. Ein Vorteil bei dieser Realisierung liegt darin, dass im Gegensatz zum porösen Silicum keine "Verbindungsstege" zwischen den nanometergroßen Siliciumstrukturen bestehen (Festkörpergerüst), die bei Stosseinwirkung leicht brechen können, freie Siliciumbindungen bilden und so zu einer nichtbeabsichtigten Reaktion führen können. Auch ist der kompaktierbare Körper im Gegensatz zu porösem Silicium geometrisch frei formbar.
    Ausführungsbeispiel Poröses Silicium mit LiNO3 als Oxidationsmittel in den Poren:
    Poröses Silicum wird durch elektrochemisches Ätzen eines Siliciumwafers (Oberfläche (100), spezifische Leitfähigkeit 8 Ohmcentimeter) mit einer Ätzlösung aus Flusssäure (HF 49 Gewichtsprozent in Wasser) und Ethanol (Volumenanteil 1:1) hergestellt. Die Ätzstromdichte beträgt 50 mA/cm2. Die Ätzdauer beträgt 30 Minuten.
    Nach dem Ätzprozess wird die Probe bei 200°C an Luft für 1600 Minuten getempert, die Oberfläche der Siliciumstrukturen wird hierbei mit einer Submonolage (eine Atomlage unter der Oberfläche der Siliciumstrukturen) Sauerstoff passiviert. Die Oberfläche der Siliciumstrukturen bleibt allerdings mit Wasserstoff bedeckt. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Temperung bei 700°C für 30 Sekunden. Dabei wird auch noch der Wasserstoff an der Oberfläche der Siliciumstrukturen entfernt. Je nach Art der Temperung kann die Stabilität der mit Oxidationsmittel gefüllten reaktiven Proben leicht bzw. stark gegenüber den Proben ohne Temperung erhöht werden.
    Nach dem Abkühlen wird eine gesättigte Lösung von Lithiumnitrat LiNO3 in Methanol auf die Probe aufgebracht. Durch Kapillarwirkung wird diese gesättigte Lösung in die Poren gesogen. Das Lösungsmittel wird verdampft. Das Aufbringen der Lösung kann mehrfach wiederholt werden, um die Poren möglichst vollständig mit LiNO3 zu füllen. Auf die poröse Siliciumprobe werden nun Metallkontakte aufgedampft, an die eine Spannung angelegt wird, um die Reaktion zwischen Silicium und dem Sauerstoff aus dem LiNO3 auszulösen.

    Claims (14)

    1. Nanostrukturierte, poröse Reaktivstoffe, bestehend aus Reaktivkörpern,
      dadurch gekennzeichnet, dass deren Hohlräume, die im Größenbereich von 1-1000 nm liegen,
      mit Oxidationsmittel versehen sind, und
      die Reaktivstoffe aus voneinander unabhängigen, schutzschichtummantelten, reaktiven Partikeln bestehen.
    2. Nanostrukturierte, poröse Reaktivstoffe, bestehend aus Reaktivkörpern,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche vollständig oxidiert ist, und deren Hohlräume mit Oxidationsmitteln versehen sind.
    3. Reaktivstoffe nach den Ansprüchen 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus einem dritten Material, zusätzlich zu Brennstoff und Oxidationsmittel, besteht und chemisch, elektrochemisch, thermisch oder physikalisch aus einem Brennstoff aufgebaut ist.
    4. Reaktivstoffe nach einem der Ansprüche 1-2,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktivkörper aus Silicium, Bor, Aluminium, Titan oder Zirkon besteht.
    5. Reaktivstoffe nach einem der Ansprüche 1-2,
      dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens partielles Suboxid die Oberfläche des Reaktivkörpers (Brennstoffs) aus Silicium bedeckt.
    6. Reaktivstoffe nach Anspruch 4,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktivkörper aus einzelnen, voneinander unabhängigen Nanokristallen besteht.
    7. Reaktivstoffe nach Anspruch 4,
      dadurch gekennzeichnet, dass die nanostrukturierten Reaktivkörper nicht kristallin sondern amorph bzw. teilkristallin sind.
    8. Reaktivstoffe nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass als Oxidatoren vorgesehen sind
      Alkali-Metall-Nitrate:
      M+NO3 -, M+ = Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+
      Erdalkalimetall-Nitrate:
      M2+(NO3 -)2, M2+ = Ca, Sr2+, Ba2+
      Perchlorate der Alkali-und:
      M+ClO4 -,
      Erdalkalimetalle
      M2+ (ClO4 -)2,
      Nitrate und Perchlorate der Seltenerdmetalle
      Ammoniumperchlorat:
      NH4ClO4
      Ammoniumnitrate:
      NH4NO3
      Peroxide:
      H2O2 (stabilisiert, flüssig)
      Flüssige Oxidatoren:
      NH2-NH2, NH2-NH3 +NO3 -, NH2-OH
    9. Verfahren zur Herstellung von Reaktivstoffen nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass die reaktiven Sperrschichten zur Verhinderung einer frühzeitigen Oxidation durch chemische, elektrochemische, physikalische Verfahren oder durch Aufdampfverfahren aufgebracht werden.
    10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass ein Siliciumwafer mit Flusssäure und Ethanol elektrochemische geätzt und anschließend in sauerstoffhaltiger Atmosphäre getempert wird, danach der prozessierte Siliciumwafer mit einem Oxidationsmittel befüllt wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 10,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Temperung bei 20-1000°C erfolgt.
    12. Verfahren zur Herstellung von Reaktivstoffen nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel mehrfach in die Poren eingebracht wird, um den Füllgrad mit Oxidationsmittel zu variieren.
    13. Verfahren zur Herstellung von Reaktivstoffen nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass auf das reaktive Brennstoff-Oxidationsmittel-System Metallkontakte aufgebracht werden.
    14. Reaktivstoffe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem Oxidator und/oder Sperrschicht versehenen Reaktivkörper zu einem Körper verpresst werden.
    EP03002476A 2002-02-06 2003-02-05 Nanostrukturierte Reaktivstoffe Withdrawn EP1334955A3 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE10204895 2002-02-06
    DE10204895A DE10204895B4 (de) 2002-02-06 2002-02-06 Verfahren zur Herstellung von Reaktivstoffen

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP1334955A2 true EP1334955A2 (de) 2003-08-13
    EP1334955A3 EP1334955A3 (de) 2012-06-13

    Family

    ID=27588435

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP03002476A Withdrawn EP1334955A3 (de) 2002-02-06 2003-02-05 Nanostrukturierte Reaktivstoffe

    Country Status (3)

    Country Link
    US (1) US6803244B2 (de)
    EP (1) EP1334955A3 (de)
    DE (1) DE10204895B4 (de)

    Cited By (3)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    FR2921920A1 (fr) * 2007-10-05 2009-04-10 Saint Louis Inst Composition explosive comportant un premier materiau organique infiltre dans un second materiau microporeux
    EP2173688A4 (de) * 2007-07-06 2012-07-25 Bae Systems Bofors Ab Verfahren und vorrichtung zum mischen und zünden einer pyrotechnischen ladung
    EP2469217A3 (de) * 2010-12-26 2014-07-16 Rafael Advanced Defense Systems Ltd System zum Sichern und Entsichern einer Zündvorrichtung

    Families Citing this family (19)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    FR2839505B1 (fr) * 2002-05-07 2005-07-15 Univ Claude Bernard Lyon Procede pour modifier les proprietes d'une couche mince et substrat faisant application du procede
    US7942989B2 (en) * 2002-12-10 2011-05-17 The Regents Of The University Of California Porous silicon-based explosive
    DE102004001510B4 (de) * 2004-01-09 2012-02-16 Horst Laucht Explosionsfähige Zusammensetzung, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung der explosionsfähigen Zusammensetzung
    DE102004005687B4 (de) * 2004-02-05 2018-05-17 Trw Automotive Gmbh Gurtstraffersystem für Kraftfahrzeuge
    DE102005011535B4 (de) * 2004-03-10 2010-05-12 Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg Mehrmodaler Sprengstoff
    WO2006058349A1 (en) * 2004-11-24 2006-06-01 The University Of Pretoria Detonator device
    DE102005003579B4 (de) * 2005-01-26 2010-11-04 Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg Pyrotechnischer Satz, Verfahren zu dessen Herstellung und seine Verwendung
    AU2006212875B2 (en) * 2005-02-08 2011-06-02 Dyno Nobel Inc. Delay units and methods of making the same
    WO2006094531A1 (de) 2005-03-10 2006-09-14 Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg Mehrmodaler sprengstoff
    WO2007037787A1 (en) * 2005-05-09 2007-04-05 Vesta Research, Ltd. Porous silicon particles
    DE102006019856A1 (de) * 2006-04-28 2007-11-08 Admedes Schuessler Gmbh Verfahren zum Bearbeiten von Werkstoffen unter Verwendung von porösem Silizium als Sprengstoff
    US7942988B2 (en) * 2007-05-08 2011-05-17 Vesta Research, Ltd. Shaped, flexible fuel and energetic system therefrom
    SE0701450L (sv) 2007-06-14 2008-03-11 Bae Systems Bofors Ab Pyroteknisk tändsats innefattande ett poröst material
    US8257520B2 (en) * 2009-02-24 2012-09-04 Lawrence Livermore National Security, Llc Organized energetic composites based on micro and nanostructures and methods thereof
    WO2011112647A1 (en) 2010-03-09 2011-09-15 Dyno Nobel Inc. Sealer elements, detonators containing the same, and methods of making
    WO2013082634A2 (en) * 2011-11-30 2013-06-06 Ael Mining Services Limited Base charge explosive formulation
    RU2522323C1 (ru) * 2012-12-29 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Микроэлектромеханический взрыватель
    RU2522362C1 (ru) * 2012-12-29 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Микроэлектромеханический взрыватель изохорический
    US12595722B2 (en) * 2024-06-26 2026-04-07 Saudi Arabian Oil Company Systems and methods for well perforation

    Family Cites Families (14)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US3191535A (en) * 1959-05-25 1965-06-29 Dow Chemical Co Solid cellular metallic propellants
    US3259532A (en) * 1963-07-24 1966-07-05 Reynolds Metals Co Combustion system comprising sponge metal, liquid oxygen, and finely divided carbon
    US4989515A (en) * 1989-08-08 1991-02-05 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Ignitor with stable low-energy thermite igniting system
    GB9216517D0 (en) * 1992-08-04 1992-09-23 Ici Plc Pyrotechnic sheet material
    US5650590A (en) * 1995-09-25 1997-07-22 Morton International, Inc. Consolidated thermite compositions
    US5885321A (en) * 1996-07-22 1999-03-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Preparation of fine aluminum powders by solution methods
    PT942780E (pt) * 1997-09-09 2003-11-28 Lyotropic Therapeutics Inc Particulas revestidas processos de obtencao e uso
    US6203864B1 (en) * 1998-06-08 2001-03-20 Nec Corporation Method of forming a heterojunction of a carbon nanotube and a different material, method of working a filament of a nanotube
    US6454886B1 (en) * 1999-11-23 2002-09-24 Technanogy, Llc Composition and method for preparing oxidizer matrix containing dispersed metal particles
    US6503350B2 (en) * 1999-11-23 2003-01-07 Technanogy, Llc Variable burn-rate propellant
    DE10011253A1 (de) * 2000-03-08 2001-09-13 Juergen Carstensen Kontrollierte Porenätzung in Halbleitern
    WO2001094276A2 (en) * 2000-06-02 2001-12-13 The Regents Of The University Of California Metal-oxide-based energetic material synthesis using sol-gel chemistry
    US6915964B2 (en) * 2001-04-24 2005-07-12 Innovative Technology, Inc. System and process for solid-state deposition and consolidation of high velocity powder particles using thermal plastic deformation
    DE10162413B4 (de) * 2001-12-19 2006-12-21 Robert Bosch Gmbh Integriertes Spreng- oder Zündelement und dessen Verwendung

    Cited By (5)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    EP2173688A4 (de) * 2007-07-06 2012-07-25 Bae Systems Bofors Ab Verfahren und vorrichtung zum mischen und zünden einer pyrotechnischen ladung
    US8603271B2 (en) 2007-07-06 2013-12-10 Bae Systems Bofors Ab Method and device for mixing and initiating a pyrotechnic charge
    FR2921920A1 (fr) * 2007-10-05 2009-04-10 Saint Louis Inst Composition explosive comportant un premier materiau organique infiltre dans un second materiau microporeux
    EP2045230A3 (de) * 2007-10-05 2009-12-30 Institut Franco-Allemand de Recherches de Saint-Louis Explosive Zusammensetzung, die aus einem organischen Material, das ein weiteres mikroporöses Material durchdringt, besteht
    EP2469217A3 (de) * 2010-12-26 2014-07-16 Rafael Advanced Defense Systems Ltd System zum Sichern und Entsichern einer Zündvorrichtung

    Also Published As

    Publication number Publication date
    DE10204895B4 (de) 2004-07-29
    DE10204895A1 (de) 2003-08-14
    EP1334955A3 (de) 2012-06-13
    US6803244B2 (en) 2004-10-12
    US20030148569A1 (en) 2003-08-07

    Similar Documents

    Publication Publication Date Title
    DE10204895B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Reaktivstoffen
    DE10204834B4 (de) Explosionsfähige Zusammensetzung und Verfahren zu deren Herstellung
    Berger Parameters influencing the pyrotechnic reaction
    US7879721B2 (en) Rapid heating with nanoenergetic materials
    DE2551921A1 (de) Gaserzeugendes azid-verbindungsgemisch
    An et al. Combustion performance of nano Si powder with molecular perovskite energetic materials DAP-4 as oxidant
    DE10162413B4 (de) Integriertes Spreng- oder Zündelement und dessen Verwendung
    Guo et al. Energetic host–guest inclusion compounds: an effective design paradigm for high-energy materials
    DE20201938U1 (de) Nanostrukturierte Reaktivstoffe
    DE2451370C2 (de) Elektrischer Zünder für hülsenlose Treibsätze und Verfahren zur Herstellung solcher Zünder
    EP1335178A2 (de) Mikroelektronisch-Pyrotechnisches Bauteil
    US4094712A (en) Consolidated charges incorporating integral ignition compounds
    Subramanian et al. Nanoporous silicon based energetic materials
    AT390787B (de) Verfahren zur herstellung eines sprengund/oder festtreibstoffes
    EP1110928A1 (de) Anzündelement und fein abstufbare Zündsätze
    WO2008137969A1 (en) Shaped, flexible fuel and energetic system therefrom
    DE102004001510A1 (de) Explosionsfähige Zusammensetzung, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung der explosionsfähigen Zusammensetzung
    WO1999048842A1 (de) Durch elektrische auslösung anzündbare initialexplosivstoffe und anzündsätze
    Yin et al. Thermal Decomposition of Potassium
    DE10240096B3 (de) Verschlußelement für Druckbehälter
    EP1805123A2 (de) Stoffgemisch als thermisch initiierbare anzündmischung
    Xu Understanding and Tailoring the Reactive Characteristics of Nanoenergetic Composites via Structural and Chemical Modifications
    DE3710941A1 (de) Gepulstes chemisches lasersystem kurzer wellenlaenge
    DE102006001838A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer pyrotechnischen Zusammensetzung
    DE202006014442U1 (de) Mikroelektronisch-pyrotechnisches Bauteil

    Legal Events

    Date Code Title Description
    PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

    AK Designated contracting states

    Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT SE SI SK TR

    AX Request for extension of the european patent

    Extension state: AL LT LV MK RO

    RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

    Owner name: DIEHL BGT DEFENCE GMBH & CO.KG

    PUAL Search report despatched

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

    RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

    Ipc: C06B 45/00 20060101AFI20120420BHEP

    Ipc: C06B 33/00 20060101ALI20120420BHEP

    Ipc: C06B 45/30 20060101ALI20120420BHEP

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A3

    Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT SE SI SK TR

    AX Request for extension of the european patent

    Extension state: AL LT LV MK RO

    RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

    Ipc: C06B 45/30 20060101ALI20120508BHEP

    Ipc: C06B 33/00 20060101ALI20120508BHEP

    Ipc: C06B 45/00 20060101AFI20120508BHEP

    AKY No designation fees paid
    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R108

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R108

    Effective date: 20130220

    STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

    Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

    18D Application deemed to be withdrawn

    Effective date: 20121214