Nanobom ontwikkeld

Share Button

Explosieven op nanoschaal kunnen erg handig zijn voor het betere sloopwerk. Met de ontwikkeling van de eerste nanobom ooit, de buckybom die lokaal temperaturen boven de 4000 graden kan bereiken, denken onderzoekers een doorbraak te hebben bereikt.

Exploderende buckybom. Bron: ACS.

Exploderende buckybom. Bron: ACS.

De eerste complexe koolstof ooit ontdekt is buckminsterfullereen, een voetbal van zestig koolstofatomen. Dit werd later gevolgd door koolstofnanobuisjes en grafeen, waar op dit moment de bulk van de wetenschappelijke interesse heen gaat. Toch blijken ook de eens zo gehypete en nu wat in de vergetelheid geraakte ‘buckyballen’ toch nog de nodige interessante mogelijkheden te bieden.

Onderzoekers koppelden in een simulatieprogramma aan een buckybal twaalf nitrogroepen (NO2) Deze nitrogroepen zijn zeer explosief: als ze uiteenvallen, komen er zuurstofatomen beschikbaar om met bijvoorbeeld koolstof te reageren. Deze chemische reactie gaat razendsnel. Dat is ook de reden dat in stikstofhoudende explosieven zoals nitroglycerine en nitrocellulose, veel nitrogroepen worden aangekoppeld en de AIVD een buitengewone interesse heeft in lieden, die salpeterzuur proberen te bestellen.

In de simulatie begonnen de onderzoekers met een intacte buckybom. Voor de liefhebbers: dodecanitrofullereen, C60(NO2)12. Toen de temperatuur in de simulatie werd verhoogd tot rond de 1000 kelvin (727 graden Celsius), begonnen de nitrogroepen in een picoseconde (biljoenste, 10-12, seconde) hun zuurstofatomen over te dragen aan de ‘voetbal’. Dit zet een explosieve reactie in gang, waarbij de ‘voetbal’ uiteenvalt in een groot aantal di-koolstofmoleculen (C2). Wat overblijft is een extreem heet gasmengsel, bestaande uit CO2, NO2 en N2, met C2.

In de eerste picoseconde loopt de temperatuur al op van 1000 tot 2500 kelvin. De vervolgreacties, in de 50 picoseconden daarna, laten de temperaturen oplopen tot maar liefst 4000 graden. Bij deze hoge temperaturen loopt, afhankelijk van de dichtheid van het nanoexplosief, de druk op tot meer dan 1,2 gigapascal, meer dan tienduizend maal de aardse luchtdruk.

Chemisch gesproken komt de enorme energie van de grote hoeveelheid opgeslagen bindingsenergie in de koolstof-koolstofverbindingen in de ‘voetbal’. Omdat de nitrogroepen de reactie in gang zetten, betekent meer nitrogroepen, meer explosieve energie. De explosiesterkte is te bepalen door de concentratie te veranderen.

Deze nanobom is nuttig als nieuw bulk-explosief materiaal, maar mogelijk ook voor kleine schaal nanoengineering. De bereikte temperaturen zijn hoog genoeg om zelfs wolfraam te laten smelten. Wellicht kan het ook gebruikt worden om zonder lasapparaat of ander bruut middel dunne platen metaal te snijden.

Bron: 
Vitaly V. Chaban, et al. “Buckybomb: Reactive Molecular Dynamics Simulation.” The Journal of Physical Chemistry Letters. DOI: 10.1021/acs.jpclett.5b00120

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

2 reacties

  1. Bert Feringa schreef:

    Dacht dat terroristen gevaarlijke oncontroleerbare individuen waren, blijkt nu dat wetenschappers nog een stukje erger zijn. Wat moet er in je hoofd om gaan om zulke producten te ontwikkelen.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *

Advertisment ad adsense adlogger