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- 2, 4, 6-trinitrophenol (1)
- 2,4,6-trinitrophenol (TNP) (1)
- Adhesion (1)
- Atomic force microscopy (1)
- Contact interaction (1)
- Dynamic ploughing lithography (1)
- Energetic material (1)
- Energetische Kristalle (1)
- Hot spot Theorie (1)
- Hot-spot (1)
- Instability of TNP (1)
- Mechanism of hot-spot formation (1)
- Nanomanipulation (1)
- Nanoscale adsorption and desorption (1)
- Polymer (1)
- Scratching (1)
For the first time, we report the direct observation of the nanoscale adsorption and desorption of 2,4,6-trinitrophenol (TNP) molecules on the crystal surface during atomic force microscopy scanning. Our results reveal the position instability of TNP molecules at the border of molecular layers under normal ambient conditions. The observed phenomena are of great interest for exploring the origin of hot-spot generation on the surface of energetic materials. On the basis of the explored properties of TNP crystal, a plausible mechanism of hot-spot formation upon weak initiation at the nanoscale is proposed.
Energetische Materialien enthalten gespeicherte chemische Energie. Diese potentielle Energie kann bei Zündung schlagartig als Strahlungsenergie und Druckerhöhung freigesetzt werden. Nanoskalige Komponenten erhöhen zusätzlich die innere Energie des Materials um den Beitrag der Oberflächenenergie und verbessern die chemische Umsetzung durch bessere Durchmischung. Die hot-spot-Theorie zur Zündung von Explosivstoffen kombiniert mechanische Stimulation und einer dabei zu erreichenden Schwellwert-Energie mit der Temperatur. Wird die Energie zum exothermen Bindungsbruch etwa beim Reibvorgang erreicht entsteht auf der molekularen Skala ein hot-spot. Der Stoff explodiert, wenn der hot-spot ausreichend lange besteht, sich verstärkt und nicht durch Energiedissipation (Festkörperschallausbreitung, Wärmediffusion) verzehrt wird.
Rasterkraftmikroskopie (AFM atomic force microscopy) dient nicht nur zur bildgebenden Vermessung der Topographie und der mechanischen Eigenschaften, sondern kann auch zur gezielten Veränderung der Oberflächen verwendet werden. Solche lithographischen Verfahren bedienen sich im AFM-Kontaktmodus (Scratching Lithography) direkt der Reibung, im hochfrequenten intermittierenden Kontaktverfahren realisiert man einen vibrierenden Kontaktes (Dynamic Plowing Lithography), der beim Eindringen in eigenen Indentationseindruck reibt. In beiden Fällen überträgt man durch Kombination einer Scherbewegung mit einer Variation des Kontaktdrucks Energie auf die Oberfläche, was nachweislich zum chemischen Bindungsbruch z.B. auf Polymeroberflächen führt. Zwei kristalline Explosivstoffe werden untersucht und sowohl dissipative Effekte als auch die Generierung eines hot-spots demonstriert.
Observation of nanoscale hot-spot generation on a 2, 4, 6-trinitrophenol (TNP) single crystal
(2011)
An energetic material (EM) creates a local thermal point when it accepts energy and the EM will explode due to thermal decomposition when the hot-spot temperature reaches the explosive temperature. The initial stage of the hot-spot formation on 2, 4, 6-trinitrophenol (TNP) single crystal has been observed at the nanometer scale using atomic force microscopy (AFM). The hot-spot generation has been directly initiated by means of an AFM tip. The phenomenon is accompanied by producing agglomerated spherical-like nanoparticles due to a low-temperature decomposition of TNP. It has been observed that the agglomerated particles are produced outside of the stimulated region. The observed decomposition process at the nanoscale doesn't lead to a self-sustaining shock as detonation or explosion. The results are of interest in relation to explore the origin of deformation-induced chemical decomposition or detonation of EM.
Polymer Adhesion
(2013)