Новости химической науки > Металлоорганические каркасы добрались и до пиротехники

Исследователи из Великобритании и Турции разработали новый способ более простого, безопасного и согласованного изготовления взрывчатых материалов.

Пиротехнические составы являются энергетическим компонентом фейерверков, сигнальных устройств факельного типа, безопасных спичек и даже автомобильных подушек безопасности, однако технология их производства незначительно изменилась за последний век и остается устаревшей, опасной и не всегда контролируемой. Традиционные методы смешения основаны либо на просеивании и галтовке сухих порошкообразных веществ с нерегулярными формой и размерами частиц, либо на проведении смешения в гидросмеси. Ни один из этих способов не в состоянии гарантировать идеальный гомогенный состав смеси, и свойства пиротехнических составов, производимых по этим традиционным методикам, могут различаться для разных партий материалов, изготавливаемых одним и тем же заводом.

Металлические центры и линкеры каркасной металлоорганической структуры можно систематически изменять для тонкой настройки желаемого пиротехнического эффекта. (Рисунок из Chem. Comm., 2015, DOI: 10.1039/c5cc04174k)

В новой работе исследователи из группы Саймона Коулза (Simon Coles) из Университета Саутгемптона разработали метод, комбинирующий основные пиротехнические компоненты – фторированный окислитель и топливо, представляющее собой нитрат щелочного металла, в один кристаллический функциональный материал – разновидность металлоорганической каркасной структуры [ metal organic framework (MOF)]. Каркас MOF обеспечивает существование твердотельной кристаллической решетки, которая позволяет оптимизировать смешивание компонентов пиротехнических составов, минимизируя различия между партиями пиротехнических изделий.

Металлоорганические каркасные структуры ранее использовались для улавливания взрывчатых веществ или для их распознавания, однако Коулз отмечает, что работа его исследовательской группы является первым примером комбинации металлоорганических каркасных структур и пиротехнических смесей. Новый подход отличается значительным количеством преимуществ – используемые материалы недороги, метод синтеза безопасен, относительно прост и может быть масштабирован от граммовых до килограммовых количеств целевого продукта. Исследовательская работа Коулза в этой области финансируется Министерством обороны Великобритании, и Коулз предполагает, что в скором времени беспилотные летательные аппараты смогут нести на борту сигнальные ракеты, средства постановки дымовых завес и другие пиротехнические системы, в которых будут использованы металлоорганические каркасные структуры.

Специалист по взрывчатым веществам Нигель Дэвис (Nigel Davies) отмечает, что предложенный подход было бы интересно проверить и для тех технологий высокоэнергетических веществ, в которых небольшое количество материала должно создавать очень точный эффект. Он подчеркивает, что интерес вызывают те составы, которые даже в небольших количествах (менее 1 грамма) могут обеспечить протекание очень активной реакции, инициирующей детонацию основного взрывчатого вещества – такими составами было бы возможно заменить тоже порядком устаревшие инициирующие взрывчатые вещества.

Тем не менее, Дэвис добавляет, что на настоящий момент нельзя говорить о хорошей изученности пиротехнических свойств новых металлоорганических каркасных структур, подчеркивая, что следующим шагом исследования должно быть детальное изучение физико-химических свойств нового материала, в том числе его устойчивость к трению и чувствительность к механическим ударам.

Полученные в ходе работы пиротехнические металлоорганические каркасные структуры не отличаются высокой пористостью, но Коулз надеется, что ему удастся получить материал с порами большими по размеру, и такой материал может оказаться полезным для загрузки в поры других компонентов – одна идея заключается в инкорпорации в поры органических красителей, которые позволили бы создать фейерверк желаемого цвета.

Источник: Chem. Comm., 2015, DOI: 10.1039/c5cc04174k

метки статьи: #высокоэнергетические вещества, #химическая технология, #химия полимеров, #элементоорганическая химия