美军最新研究成果

袁风

近期，美国陆军研究实验室和得克萨斯州技术大学的研究者共同实施验证试验，证明在TNT炸药中加入新型纳米级铝粉后，可以将炸药爆速提高30%。

铝是活泼金属，因此在传统上，铝粉颗粒表面被氧化铝层所包裹。但美国陆军的这次实验中，铝粉颗粒表面经过处理，包裹的是一层六水合碘酸铝（AIH，分子式为[Al（H2O）6]（IO3）3（HIO3）2）。

该项试验是由美国陆军研究实验室材料研究员Chi-Chin Wu博士主持开展的。此人是该实验室武器和材料研究部杀伤分部含能材料科学研究室等离子研究方向的负责人，1993年从台湾地区赴美求学，后定居美国。

这项发现意味着铝或者其它金属的纳米级颗粒可以增强武器系统的射程和爆炸威力。这是美国陆军“远程精确火力”现代化计划中的关键目标之一。得克萨斯州技术大学的研究人员表示，这项研究成果意味着可以在更短的时间里让金属颗粒爆发出更多的化学能量。

数十年前，人们就开始向火炸药中添加铝粉来增强其效力。铝粉含能高、燃速快，是非常好的添加剂。但是铝容易氧化，铝粉颗粒表面包裹的三氧化二铝层一方面容易吸热而降低爆炸威力，另一方面也占了太大的体积和质量。根据测量，传统的纳米级铝粉，其三氧化二铝表层占了质量的20%。三氧化二铝即不能燃烧也不能爆炸。实际上，耐火砖的主要成分就是三氧化二铝。

因此，德克萨斯理工大学发明的新型、用AIH来包裹纳米级铝粉颗粒，可以防止铝氧化为三氧化二铝，从而有效提高铝粉作为添加剂的效力。研究显示，用不易氧化的AIH层可以在铝粉颗粒表面形成凸起的结节，有效保护结晶铝内核。

该项试验中采用了所谓含能物质激光诱导空气冲击法的先进研究手段，通过激光脉冲引爆单个铝粉颗粒或者铝粉-TNT炸药混合颗粒的方式，每次只剥离和引爆1毫克左右的炸药，在微观尺度下测量其爆炸性能。

具体来说，试验采用钇铝石榴石激光器（波长1064纳米，能量900毫焦），通过一个10厘米焦距的透镜，以6纳秒脉冲轰击含能材料表面。激光将部分材料融化，浮在材料表面的空气中，使这部分材料原子化或离子化，形成一个温度超过10000K的微等离子团。通过精确控制激光的脉冲长度和波长，可以保证激光脉冲能量的绝大部分被等离子团吸收而非被含能材料本体吸收。

在脉冲持续期间，被融化的这部分材料是高度活化的，呈现出强烈的原子发射光谱或者分子发射光谱。激光脉冲停止后，离子团迅速冷却，发生重组反应而形成不同类型的分子。如果试验材料是不含能的，那么重组反应就会把激光冲击时吸收的能量再次释放出来。如果试验材料是含能的，重组反应中还会放热，使离子团温度继续升高，并且产生冲击波。通过高速摄影机和显微镜可以拍摄到这个过程，通过对冲击波的分析，就可以测量出爆速。

美国陆军研究实验室的上述成果不仅对陆军有意义，同样也得到了美国空军研究实验室的支持。后续研究也正在开展。