美国陆军开发用于未来武器的新型等离子体处理纳米粒子

来源：滚动播报

（来源：中国航空报）

　　研究人员使用透射电子显微镜分析经等离子体处理的铝纳米颗粒样本，该设备使科学家能够观察到比人类头发小数百倍的材料内部。　　美国陆军研究实验室和阿贡国家实验室纳米材料中心的科学家表示，他们开发出一种新型等离子体处理铝纳米颗粒，可以显著增强未来的爆炸性武器系统。通过添加新型等离子体处理铝纳米颗粒混合物，这些超细颗粒可以显著增强常规弹药的爆炸威力。　　科学家们长期以来一直预测，将传统的爆炸物与新型铝纳米颗粒混合，将显著提高爆炸性武器的能量性能和爆炸速度。　　铝纳米颗粒的表面积与其总体积相比非常大，能够产生极高的热反应。这种组合使得微小的物质颗粒能够产生高能量并快速燃烧。　　然而，铝纳米颗粒的表面在空气中会自然氧化，形成一层厚厚的氧化铝壳，通常占其重量的20%。这种自然氧化过程会降低纳米颗粒的能量含量，并通过充当铝与爆炸物反应的屏障来减缓能量释放的速度。　　在陆军研究实验室和得克萨斯理工大学于2018年进行的另一项研究中，科学家们证明，用一种名为AIH（六水碘酸铝）的氧化盐代替传统的氧化铝外壳，可以将TNT炸药的爆速提高30%。这些结果首次展现出利用铝纳米颗粒增强常规军用炸药爆速的巨大潜力。　　研究人员在先前研究的基础上，探索了一种新的等离子体方法，以提高商用40~60纳米颗粒的反应性。相比之下，研究人员使用的纳米颗粒比人类头发的平均直径（通常为60000纳米）小99.9%。　　据美国陆军作战能力发展司令部材料科学家、该研究的主要作者吴志钦介绍，新探索的方法包括用氦等离子体处理材料，蚀刻掉大部分惰性氧化物外壳，然后用氦/ 一氧化碳等离子体处理，在爆炸性武器上沉积反应性表面涂层。　　吴志钦说：“等离子体科学是一项具有多种应用前景的新兴技术，但在能量学界尚未得到充分探索，这项工作的最终目标是扩大陆军武器系统的射程和破坏力。”　　简而言之，陆军科学家表示，这项新开发的技术将使小型爆炸性武器产生更大的破坏力。　　例如，美军使用的M67破片手榴弹含有RDX和TNT的爆炸混合物，称为“B成分”。引爆时，M67的钢制破片可造成49英尺（15米）的伤害半径和16英尺（5米）的致死半径。　　根据陆军研究实验室2018年的研究结果，使用新开发的纳米颗粒处理技术，M67手榴弹的破碎能力和冲击波可提升高达30%。最终，这将使手榴弹的伤害半径增加到近64英尺（19.5米），致死范围增加到近21英尺（6.4米）。　　通过利用基于等离子体的铝纳米颗粒处理和化学合成技术，M67可以在不增加手榴弹整体尺寸、重量或炸药成分的情况下提升其破坏力。　　扩大武器系统的射程和破坏力被列为美国陆军现代化战略和“远程精确火力”（LRPF）计划的首要任务，该计划由美国陆军于2018年启动。2021财年，美国陆军计划在LRPF计划上投入17亿美元，用于改进榴弹炮、火箭发射器以及研发陆基高超声速导弹系统。　　吴志钦在谈到美国陆军实验室近期研发的等离子体基铝纳米颗粒技术时表示：“等离子体方法为美国陆军开辟了新的可能性，使其能够有效地对金属纳米颗粒进行表面工程改造，并将其应用于能量学领域。这项工作是实验室如何将科学应用于实际，为变革性进步提供能量的一个例子。”　　该研究人员的研究成果最近发表在《应用物理学杂志》的特刊《大气压等离子体的基础与应用》上。 （逸文）