反応速度と私の燃焼ダイナミクス₄ O₉とアルミニウムの混合物

図1aは、DSC分析から調べた全ての6の酸化剤のための初期状態の吸熱と発熱挙動を示し、 図1bは、TGA分析から、対応する質量損失を示しています。 I 2 O 5（350°C）の解離温度を超えて加熱された全ての酸化剤は、より低い温度でI 2ガスの代わりに水和種の脱水により遊離水100％の質量が、私4 O 9サンプルリリースを失うことに留意されたいですI 2 O 5の解離温度。 I 4 O 9サンプルから放出されたI 2ガスの存在量は、7以上の重量で、図1bに指定されている。％。 図1aは発熱挙動を生み出すだけのヨウ素化合物は、I 4 O 9とI 2 O 5により形成されたことを示していますI 4 O 9の分解、および発熱は、I 2 O 5への分解のために約180℃の開始温度に相当する。 図1bは、また、最大の全体的なヨウ素ガス発生とヨウ素化合物は、I 4 O 9であることを示しています。 110℃と210℃の間の商業およびアモルファスI 2 O 5のサンプルには吸熱はありません。これは、これらのサンプルはない沃素酸と純粋I 2 O 5であることを示しています。ナノI 2 O 5およびI 4 O 9は、150℃の開始温度と発熱を持っています。これは、これらのサンプルは、4 O 9 6 Iが含まれている示しています。ナノI 2 O 5を熱I 4 O 9扱われます。 150℃での小さな発熱がいくらかの残留I 4 O 9は、ナノI 2 O 5のサンプルに存在することを示しています。 図1bからのTGAデータを使用して試料中の残存I 4 O 9は、15重量％未満です。 HIO 3脱水は130℃で開始し、単一の吸熱を有しており、このサンプルは、結晶HIO 3であることを示します。商業HIO 3試料を160°Cと210°Cで始まる二つの別個の吸熱を有します。 160℃の開始温度を有する吸熱は、CRCハンドブック16でHIO 3脱水の範囲外です。しかし、TGAの結果は、それが水和種の脱水であることを示す、この範囲にわたって2.47重量％の質量損失を示します。 図2aは、4つの Alおよびヨウ素酸化物の混合物のDSC分析からの熱流動挙動を示します。アル+ I 4 O 9乾燥混合物は、酸化剤を示す〜180℃での発熱を持つ増加開始温度でまだ私4 O 9です。アル+ I 4 O 9とAl +ナノI2 O 5のサンプルはほぼ同じです。これらの混合物の両方を相互混合し、イソプロパノール中の混合粉末をI 2 O 5に4 O 9 Iを形質転換することを示す図2aに見られる同一の熱的挙動を補助するために、キャリア流体としてイソプロパノールを用いて処理しました。 図2bは、I 4 O 9、I 4 O 9は、4時間、20％RHに曝さ示し、ナノI 2 O 5を 4時間、20％RHに曝露しました。 4時間20％RHに曝露した後、I 4 O 9は、2 O 5、私はナノと同一であり、サンプルが部分的にHIO 3及びHI 3 O 8で構成されている示す110℃、210℃での吸熱があります。これは、Iによって説明することができる4 O加熱及びI 2 O 5、Cに変換される9「乾燥」合成法I 4 O 9のrystal構造が知られていないが、水和は（斜線吸熱と下の二つの曲線図2b）が観察されているため、粉末（ すなわち 、ふわふわ、非常に多孔性の性質）、および報告された結晶性の欠如の低密度構造は、アモルファス構造が想定されます。ナノI 2 O 5は、式によれば、アモルファスI 4 O 9の熱分解によって形成されます。 （1）I 2がアモルファスI 2 O 5を残してアモルファスI 4 O 9から放出されるようになっています。ヨウ素（V）の酸化物の結晶構造の形成は、水によって触媒されます。合成法が乾燥しているので、結晶の形成を触媒する水がありません。水の吸収に必要な最初のステップは、分子間の結合を破壊するために、相対湿度を高めることです。この結晶構造がなければ（つまり、弱く結合水をリリースしたいと考えて）動的平衡はので、私2 O 5シフトしています</sub>任意の利用可能な水を吸収します。すぐに水がI 2 O 5に吸収されるように、HIO 3分子の形成が始まります。 HIO 3は、アモルファスI 2 O 5に酸素を引き付け、HI 3 O 8結晶構造を作成する水素を持っています。水は、まだ結晶構造形成の触媒です。代わりに結晶構造のアモルファス構造を形成するI 2 O 5、及びI 4 O 9の合成方法は、吸水率が低いRH（ 例えば 20％）で見られるためである以前の研究での吸収を開始するために必要であったものよりも（ すなわち 、70から80パーセントRH）5,17。要約すると、ヨウ素化合物」、非晶質構造は、水和種およびヨウ素酸の形成の吸収を促進することができます。 500℃付近の主発熱図2aでは、すべての類似しています。アル中の+ I 4 O 9乾燥混合物は、約180℃での発熱がI 2 O 5 I 4 O 9から相転移を示します。また、全ての混合物は、300の間にプレイグニッション反応（PIR）は- 400°Cのが、アル+ I 4 O 9とAl +ナノはI 2 O 5は、低い開始温度と大きい大きさでPIRを持っているだけでなく、ユニークな吸熱を示します210℃の発熱が続きます。これらのサンプルは、イソプロパノールで処理し、210℃での動作は、これらのサンプルは3 O 8、部分的にHIあることを示します。 HI 3 O 8がほぼI 4 O 9の分解と同じ温度を解離しているため。発熱はHI 3 O 8とI 4 O 9との間の反応であってもよいですこれらの反応は、PIRに大きな発熱を促進し、PIRの以前の発症を触媒することができます。オズボーンとPantoya 20は、第1の主発熱が反応前の発熱反応を示しました。アル燃焼中のイオンと、このPIR造語。彼らの分析では、PIRの反応は、フルオロポリマー19,20を分解からのフッ素とアルミニウムコア粒子を囲むアルミナシェルとの間であることを示しました。ファーリーらヨード系酸化剤と反応したアルミニウム・アルミナコア-シェル粒子へのPIRの4その後、拡張観測。アル+商業I 2 O 5のサンプルは、HI 3 O 8の存在と遅延開始温度と穏やかなPIRの発熱を示す210℃で吸熱を持っています。 Mulamba ら 21はまた、PIR開始温度が濃度依存性であることを示しました。 アルための火炎速度の測定結果を表1に示すように乾燥混合物として示される酸化剤と混合して、処理キャリヤー液としてイソプロパノールを使用して混合しました。最初の三つの試料をイソプロパノールとAl +共同で混合された後に試験しましたmmercial HIO 3乾燥混合物のいずれか発火しなかったか、十分な長さ測定可能な結果を得るために、反応を持続しませんでした。パーセントの不確実性は、各混合物のために最大3つの別々の実験の再現性に基づいて決定されます。嵩密度は、混合粉末の質量と管の体積の関数として決定されます。 火炎速度測定値との反応性を解釈するとき、そのような混合物の均質性、粒径、及び嵩密度などの結果に影響を与える多くの要因があります。混合物の均質性は、反応物の混合を助けるためにキャリア流体を使用して最適化することができます。本研究で検討I 4 O 9は、以前I 4 O 9サンプルを研究し、I 2 O 5に分解またはWikjord らに見られる水和種を形成するようには見えなかったよりも安定である。6（だけで図1aに見られるようにに対応する発熱I 4 O 9分解）。しかし、アル+ I 4 O 9の燃焼性能を観察するための唯一の方法は、I 4 O 9の完全性を維持するために可能な限り大気にわずか曝露と乾式混合することによってです。さらに、異なる状態での酸化剤のAlの火炎速度の測定は、火炎速度結果のばらつきを引き起こす効果を狭くし、特定のヨウ素化合物に特異的に起因する差異を明らかにすることができました。これらの比較は、以下に説明します。全体として、表1は、他のヨウ素化合物と比較した場合、I 4 O 9が有意に反応性を改善することを示しています。 キャリア流体に混合すると、混合物の均一性と反応性を増加させ、燃料と酸化剤粒子の改善された分布を提供します。これは、乾燥のために表1の火炎速度の差が見られ、イソプロパノールは、火炎速度はそれぞれ、1.07と3.34倍に増加したAl +ナノI 2 O 5とAl +商業I 2 O 5のサンプルを混合しました。測定された火炎速度からの暗黙的な混合物の均一性は、わずかしか、キャリア流体エイズ混ざり3回火炎速度の増加アル+ミクロン規模商業I 2 O 5呈するのに対し、アル+ナノI 2 O 5混合物について改善されています。明らかに、粒子サイズおよびキャリア流体は、測定された火炎速度に寄与する。均質性の効果はまた、火炎速度の不確実性によって見ることができます。イソプロパノール中で混合されたサンプルと小さな粒子を有する試料を測定し、火炎速度の少ない不確実性を持っています。この小さな不確実性はまた、アモルファス構造は、乾式混合で改善された均一性を促進することを示唆しているアモルファスサンプルの全てに見られます。さらに、乾式混合が解散する前に、各サンプルを篩にかけられたことに留意されたいです凝集体と貧しい均質性に起因する不確実性を排除するのに役立ちます。 HIO 3分子が電気陰性であり、個々のHIO 3分子22の両端間の引力を引き起こす電気陽性である水素のエンドキャップ、および酸素エンドキャップを、持っています。この観光名所のため、Alを混合することができる前に、瞬時に凝集HIO 3粒子をふるいにかける中。これは非常に悪い均質性の原因となったとAl +商業HIO 3のサンプルが反応を維持することができなかった理由です。アル+ HIO 3脱水サンプルは減少し、結晶構造の形成（ 図1a）を 、触媒するために利用可能な水を持っていましたが、この影響を排除しませんでした。 エネルギー伝搬は、反応混合物の嵩密度に依存しています。密度は、反応物質の濃度に基づいて変更されますそのように混合物の嵩密度は、通常、理論最大密度（TMD）の割合として報告されます。 ％TMDは、濃度の加重平均占有その質量と体積に応じて実際のサンプルの密度のための反応物質及び売掛金の密度を用いて計算されます。このようにして、％TMDの観点嵩密度（ すなわち 、60％TMDは40％の空隙60％の固形分に相当する）容積によって占められる固体スペースの量を表します。低％TMDは通常、高％TMD粉末よりも高い火炎速度になります。低い％TMDとの空隙の高濃度は、火炎速度を向上させるために対流経路を提供します。それぞれが離散的に異なる嵩密度で調製したので、このような理由から、 表1に報告された火炎速度は、混合物の関数として比較することはできません。 二つの結論は、 表1から引き出すことができる：（1）I 4 O 9それはI 2 O 5に変化するので、その反応性を変化させるため、イソプロパノール中で処理することはできません。及び（2）I 4 O 9は、上位と下位嵩密度で（ すなわち 、8または17％TMDと比較して11％TMD）は、I 4 O 9は、増加した反応性を実証するため、I 2 O 5よりも反応性です。この知見は、安定性を改善するために不動態化することができればI 4 O 9は、反応性の用途のために有利であろうことを示唆しています。 反応性および熱分析を通じ、結果は私が4 O 9ヨウ素の他の形態よりも反応することができます表示（V）アルミニウム（Al）粉末と組み合わせた場合に酸化物が挙げられます。ここで使用されるI 4 O 9試料を水和種は、合成中の任意の時点で導入されないように、酸素元素およびヨウ素を組み合わせた「乾式」方法を用いて合成しました。このため、I 4 O <sub> 9サンプルは、ヨウ素酸酸の最初に欠いているとI 2 O 5にその分解に対応する低温度（ すなわち 、180℃）で大きな発熱を生成します。 4 O 9 Iの熱分解によって作成されたナノスケールのI 2 O 5粒子がアモルファス可能性が高いとAl粉末（ 表1）と組み合わせた場合、1,000メートル/秒にわたって火炎速度を生成します。アル+ I 4 O 9反応は、1500メートル/秒の上に火炎速度を生成します。これは、特に高ヨウ素ガス発生によって動機付けエネルギー生成技術のためのI 2 O 5の代替として、I 4 O 9の可能性を探るための最初の研究です。 図1. 質量損失の熱流量/ TGA分析のDSC分析。a） は彼6酸化剤のDSC分析から流動挙動で、ヨウ素の異なる状態ヨウ素酸脱水の範囲で使用（V）の酸化物を示している。対応するTG分析からb）の質量損失。 熱の流れの 図2 のDSC分析。アル+ I 4 O 9乾燥ミックスとAl + I 4 O 9、アル+ナノI 2 O 5とAl +商業I 2 O 5混合のDSC分析からA）の熱流動挙動イソプロパノールインチ温度範囲は、当初B）I 4 O 9ヨウ素酸脱水及び主反応温度範囲を含み、I 4 O 9を 4時間、20％RHに曝露しました。また、I 2 O 5を 4時間、20％RHに暴露しました。 <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-ページ= "常に"> 酸化剤 イソプロパノール混合火炎速度（メートル/秒） ％の不確実性 ドライミックス炎スピード ％の不確実性 嵩密度ドライミックス（グラム/ cm 3）と ドライミックス％TMD I 4 O 9 1261 * 0.4 1551 3 0.48 11.7 ナノI 2 O 5 1146 4.5 1070 3.7 0.33 8 商業I 2 O 5 719 5.5 215 46.5 0.93 22.6 アモルファスI 2 O 5 NM NM 1085 0.3 0.73 17.8 HIO 3脱水 NM NM 393 12 0.8 19.3 商業HIO 3 NM NM NM NM 1.11 27.1 アル+酸化剤表1.炎スピード結果。火炎速度の結果は、最初の列に示されています。 NMは測定できないを示します。 * I 4 O 9は、混合中にI 2 O 5に分解されたことを示します。