鋁熱劑是一種能在短時間獲得大量能量的材料，其應(yīng)用也是相當(dāng)廣泛，它也能制造出美麗的煙花，但卻因其化學(xué)反應(yīng)難以控制而限制了使用。近日，美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的研究人員稱在3D打印技術(shù)的幫助下，他們已經(jīng)找到精確控制此類材料的方法，并在《Advanced Materials》雜志發(fā)表了論文。
該論文的主要作者Kyle Sullivan表示：“重要的是我們展示了3D打印技術(shù)可以改變材料的動態(tài)行為，它有很大的發(fā)展空間。”
說到鋁熱反應(yīng)的出現(xiàn)還得追溯到1893年，德國化學(xué)家 Hans Goldschmidt在研究如何制造致純金屬時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)三氧化二鐵和鋁混合后在高溫條件下會產(chǎn)生劇烈反應(yīng)，甚至比熔巖還要熱三倍，這就是我們俗稱的鋁熱反應(yīng)，Goldschmidt為此還在1895年獲得了一個專利。

此后，Goldschmidt的發(fā)現(xiàn)被證明在電車軌道的焊接中特別有用。直到今天，這項發(fā)現(xiàn)仍然被用于對鐵路軌道進(jìn)行熱焊接和金屬精煉等。
但是鋁熱劑在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用潛力非常大，因?yàn)樗鼈兤綍r很穩(wěn)定，基本上不發(fā)生反應(yīng)，直到受到某種形式的刺激，比如接觸燒熱的保險絲、通過電擊、用激光照射，或者將其置于巨大的壓力之下等，就會獲得一次爆炸性的能量釋放。所以很多武器的發(fā)明都使用了這類材料，比如小炸彈或手榴彈。據(jù)了解，在二戰(zhàn)期間德軍和盟軍部隊中很流行在燃燒彈中加上鋁熱劑。
在此之前，科學(xué)家已經(jīng)嘗試通過改變其化學(xué)配方，或者使用更小的顆粒來控制鋁熱反應(yīng)的進(jìn)行。而LLNL的研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以使用直接油墨書寫（direct ink writing）技術(shù)從零開始創(chuàng)建反應(yīng)性材料結(jié)構(gòu)（Rma）來實(shí)現(xiàn)對鋁熱反應(yīng)的控制。
 

首先研究人員們使用這種3D打印工藝（直接油墨書寫）按照某種特定的幾何形狀制造出導(dǎo)電電極，然后在其表面覆上一層由微小的鋁熱劑納米顆粒組成的薄膜。LLNL的材料科學(xué)家 Eric Duoss在新聞發(fā)布會上說：“傳統(tǒng)的鋁熱劑是用材料隨機(jī)混合而成的。”而這種涂裝工藝使他們能夠在納米尺度下定制精確的混合比例以及所有材料的使用量。
隨后LLNL 研究人員發(fā)現(xiàn)只需改變這種微結(jié)構(gòu)的幾何形狀就能顯著改善對能量釋放的控制。迄今他們已經(jīng)實(shí)驗(yàn)了多種結(jié)構(gòu)形狀，下一步他們將會在更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)上測試這種方法，比如晶格結(jié)構(gòu)。