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<p><b>Neue Seite</b></p><div>'''Nanothermit''' (selten '''Superthermit''') ist der gebräuchliche Name für [[Metastabilität|metastabile]] intermolekulare Gemische ({{enS|''metastable intermolecular composites''}}, ''MICs''), welche sich durch eine starke [[exotherme Reaktion]] nach ihrer Entzündung auszeichnen. Nanothermite enthalten – analog zu gewöhnlichem [[Thermit]]{{FN|1}} – einen [[Oxidator]] und ein [[Reduktionsmittel]], welche in einer Größenordnung von [[Meter#nm|Nanometern]] fein vermischt wurden. Nanothermite werden zu den reaktiven Materialien gezählt und auf eine mögliche Verwendung in [[Militärtechnik|Militär-]], [[Sprengstoff|Sprengstoff-]] und [[Pyrotechnik]] hin untersucht.<br />
<br />
Was Nanothermit von traditionellem Thermit unterscheidet, ist die Partikelgröße von Oxidator und Reduktionsmittel (normalerweise [[Eisen(III)-oxid|Eisenoxid]] und [[Aluminium]]): Sie liegen nicht als grobteilige Mischung (Partikel im μm-Bereich), sondern in Form von [[Nanopartikel]]n vor, wodurch sich neue Verbrennungseigenschaften ergeben.<ref>{{Literatur |Autor=Dustin T. Osborne, Michelle L. Pantoya |Titel=Effect of Al particle size on the thermal degradation of Al/teflon mixtures |Sammelwerk=Combustion Science and Technology |Band=179 |Nummer=8 |Datum=2007 |Seiten=1467–1480 |Online=[http://www.informaworld.com/index/780214180.pdf PDF] |DOI=10.1080/00102200601182333}}</ref> So ist zum Beispiel der Einfluss der Massetransportmechanismen auf die Brennrate auf nanoskopischer Ebene nicht so groß wie auf mikroskopischer Ebene, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit von Nanothermit wesentlich größer ist als die traditionell durch Mischung mikrometergroßer Komponenten hergestellten Thermits.<ref name="Murday" /><br />
<br />
{{FNZ|1|„Thermit“ ist eine geschützte Handelsmarke der Goldschmidt-Thermit-Gruppe}}<br />
== Typen ==<br />
Es gibt viele thermodynamisch stabile Oxidator-Reduktionsmittel-Kombinationen. Allerdings wurden bisher nur eine Handvoll erforscht. Einige von ihnen sind:<br />
* Aluminium – [[Molybdän(VI)-oxid]]<br />
* Aluminium – [[Kupfer(II)-oxid]]<br />
* Aluminium – [[Eisen(III)-oxid]]<br />
* [[Antimon]] – [[Kaliumpermanganat]]<br />
* Aluminium – [[Kaliumpermanganat]]<br />
* Aluminium – [[Bismut(III)-oxid]]<br />
* Aluminium – [[Wolfram(VI)-oxid]]-Hydrat<br />
* Aluminium – [[Fluor]]-[[Polymer]] (üblicherweise [[Viton]])<br />
* [[Titan (Element)|Titan]] – [[Bor]] (verbrennt zu [[Titanborid|Titandiborid]])<br />
<br />
Von Seiten militärischer Forschung wurde den Kombinationen Aluminium/Molybdänoxid, Aluminium/Teflon und Aluminium/Kupferoxid beträchtliche Aufmerksamkeit gewidmet.<ref name="Murday">{{Literatur |Autor=James S. Murday |Titel=The Coming Revolution: Science and Technology of Nanoscale Structures |Sammelwerk=AMPTIAC Quarterly |Band=6 |Nummer=1 |Datum=2002 |Online=http://infohouse.p2ric.org/ref/32/31607.pdf |Format=PDF |KBytes=}}</ref> Andere getestete Verbindungen basierten auf nanoskopischem [[RDX]] sowie auf [[Thermoplastische Elastomere|thermoplastischen Elastomeren]]. [[PTFE|PTFE (Teflon)]] oder andere Fluorpolymere können als Bindemittel des Gemischs verwendet werden. Seine Reaktion mit dem Aluminium fügt der Reaktion Energie hinzu,<ref>{{Internetquelle |autor=Naval Studies Board |url=http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=10594&page=22 |titel=2002 Assessment of the Office of Naval Research’s Air and Surface Weapons Technology Program |werk=The National Academies Press |hrsg=National Academy of Sciences |datum=2002 |seiten=22 |abruf=2012-08-02 |sprache=en}}</ref> ähnliches lässt sich auch bei einer [[Magnesium/Teflon/Viton]]-Kombination beobachten. Von den hier gelisteten Kombinationen ist Al/KMnO<sub>4</sub> von der höchsten [[Reaktivität (Chemie)|Reaktivität]], gefolgt von den Kombinationen Al/MoO<sub>3</sub> und Al/CuO mit einer um ca. zwei Größenordnungen geringeren Reaktivität. Noch deutlicher dahinter folgt Al/Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>.<ref>{{Internetquelle |autor=Anand Prakash |url=http://ci.confex.com/ci/2005/techprogram/P1663.HTM |titel=Reaction Kinetics and Thermodynamics of Nanothermite Propellants |titelerg=The 4th Joint Meeting of the U.S. Sections of the Combustion Institute |datum=2005-03-23 |abruf=2012-08-02 |sprache=en |archiv-url=https://web.archive.org/web/20110813145201/http://ci.confex.com/ci/2005/techprogram/P1663.HTM |archiv-datum=2011-08-13 }}</ref><br />
<br />
Ähnliche, aber nicht identische Systeme sind ''nanolaminierte pyrotechnische Gemische'' (''nano-laminated pyrotechnic compositions''), diese werden auch als ''energetische Nanogemische'' (''energetic nanocomposites'') bezeichnet. In solchen Systemen liegen Oxidator und Reduktionsmittel nicht zwangsläufig in Form winziger Partikel vor, sondern bestehen aus dünnen Schichten, die alternierend angeordnet werden. So kann zum Beispiel eine energetische Multischichtstruktur mit einem energetischen Verstärker-Material verkleidet werden.<br />
<br />
Durch Auswahl der Materialien (beinahe alle Metalle eignen sich) und Auswahl der Schichtgrößen können die funktionalen Eigenschaften einer solchen Mehrlagenstruktur gezielt eingestellt werden. Das umfasst die Geschwindigkeit der Reaktionsfront, die Entzündungstemperatur und die Energieabgabe der zu erwartenden Reaktion noch unreagierter Schichten.<ref name="nanolaminate" /><br />
<br />
== Produktion ==<br />
Als Teil der [[Nanotechnologie]] zählt die Herstellung von Nanothermit zur [[Spitzentechnologie]](/Hochtechnologie). Insofern unterliegt dessen Herstellung technisch zu überwindenden Hürden und steht nur einer stark begrenzten Anzahl von Produzenten zur Verfügung.<br /><br />
Nanopartikel können mittels [[Sprühtrocknung]] aus einer Lösung gewonnen werden, unlösliche Nanopartikel können mittels [[Pyrolyse]] aus geeigneten Ausgangsstoffen erzeugt werden. Das Vermischen der Materialien kann sowohl in einem [[Sol-Gel-Prozess]] als auch durch konventionelles Nassmischen und Pressen erfolgen.<br />
<br />
Des Weiteren ist die [[dynamische Gasphasenkondensation]] (''dynamic gas-phase condensation'') eine Möglichkeit, nanoskaliges (''UFG – ultra fine grain'') Aluminium herzustellen – eine Hauptkomponente der meisten Nanothermite. Diese Methode wurde von Wayne Danen und Steve Son am [[Los Alamos National Laboratory]] entwickelt. Die [[Indian Head Division]] des [[Naval Surface Warfare Center]] verwendet eine Variante dieser Methode.<br />
<br />
Die wesentliche Anforderung an jeden Produktionsprozess ist die Fähigkeit, Partikel in der Größe einiger dutzend Nanometer herstellen zu können, ohne dabei eine zu große Varianz in der Partikelgröße zuzulassen. Im Jahre 2002 erforderte es (noch) einen beträchtlichen Aufwand, nanoskaliges Aluminium herzustellen. Kommerzielle Hersteller waren demnach kaum verfügbar.<ref name="Murday" /><br />
<br />
Nanolaminierte pyrotechnische Gemische (''energetic nanocomposites'') variabler Dichte können unter Anwendung des [[Sol-Gel-Prozess]]es hergestellt werden – eine Methodik, die auf Randall Simpson, Alexander Gash und andere Forscher am [[Lawrence Livermore National Laboratory]] zurückgeht. Die [[Supercritical Fluid Extraction|superkritische Extraktion]] ermöglicht die Herstellung von hochporösen und sehr gleichförmigen Produkten.<ref name="Murday" /><br />
<br />
== Entzündung ==<br />
Nanothermit lässt sich leichter entzünden als traditionelles Thermit. In manchen Fällen kann eine direkte Zündung mittels eines elektronischen Zünders aus Nickelchromdraht erfolgen. Andere Gemische lassen sich durch Flammen oder [[Laserpuls]]e entzünden. Die Temperatur im Reaktionsgebiet kann 2700&nbsp;°C übersteigen.<ref name="nanolaminate" /><br />
<br />
== Anwendungen ==<br />
Metastabile intermolekulare Gemische (MICs) werden hauptsächlich auf eine mögliche militärische Verwendbarkeit hin untersucht (Treibmittel, Explosivstoffe, Pyrotechnik). Aufgrund seiner im Vergleich mit herkömmlichem Thermit deutlich erhöhten Reaktionsrate wird Nanothermit auf seine Verwendung als möglicher Ausgangsstoff zur Herstellung neuer, explosiverer Bombentypen hin erforscht,<ref>{{Internetquelle |autor=John Gartner |url=http://www.technologyreview.com/news/403624/military-reloads-with-nanotech/ |titel=Military Reloads with Nanotech |werk=Technology Review |hrsg=[[Massachusetts Institute of Technology|MIT]] |datum=2005-01-21 |abruf=2012-08-02 |sprache=en}}</ref> darunter sind auch [[Aerosolbombe]]n. Die Erforschung nanoskopischer Materialien im Fokus militärischer Anwendungen begann ungefähr 1990.<ref name="Murday" /><br />
<br />
MICs werden als mögliche Nachfolger bleihaltiger ([[Bleistyphnat]], [[Bleiazid]]) [[Anzündhütchen]] und elektrischer [[Zünder]] gehandelt. Hierbei bieten sich Al/Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Gemische an, optional kann [[PETN]] (Nitropenta) zugemischt werden.<ref>{{Internetquelle |autor=Todd M. Allen |url=http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/prost/proceedings/aiche-2008/data/papers/P136134.pdf |titel=Metastable Intermolecular Composites (MIC) for Small Caliber Cartridges and Cartridge Actuated Devices |datum=2011-11 |abruf=2012-08-02 |format=PDF, 204KB |sprache=en}}</ref><ref>{{Literatur |Sammelwerk=Journal of Pyrotechnics |Titel=Selected Pyrotechnic Publications of K.L. and B.J. Kosanke |Band=7 |Datum= |Online=http://www.jpyro.co.uk/?p=339 |Abruf=2012-08-02}}</ref> Des Weiteren können die Eigenschaften konventioneller [[Explosivstoff]]e durch die Zugabe von MICs verändert werden.<ref>{{Internetquelle |url=http://pearl1.lanl.gov/external/chemistry/capabilities.shtml |titel=Chemistry Division Capabilities |werk=Los Alamos National Lab: National Secutrity Science |hrsg=Los Alamos National Security, LLC |abruf=2012-08-02 |sprache=en |archiv-url=https://web.archive.org/web/20100527085025/http://pearl1.lanl.gov/external/chemistry/capabilities.shtml |archiv-datum=2010-05-27 |offline=ja }}</ref> So wird beispielsweise Aluminiumpulver Explosivstoffen zur Steigerung ihrer Energieausbeute beigemischt, eine Hinzugabe von MICs in das Aluminiumpulver erhöht darüber hinaus die [[Abbrandgeschwindigkeit]] des Materials.<ref>{{Literatur |Autor=Demitrios Stamatis, Xianjin Jiang, Ervin Beloni, Edward L. Dreizin |Titel=Aluminum Burn Rate Modifiers Based on Reactive Nanocomposite |Datum=2008 |Online=http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/prost/proceedings/aiche-2008/data/papers/P129002.pdf |Format=PDF |KBytes=262 |Abruf=2012-08-02}}</ref><br />
<br />
== Gefahren ==<br />
Nanothermit ist ein [[Gefahrstoff]], da seine Reaktion extrem hohe Temperaturen verursacht und eine einmal eingeleitete Reaktion kaum zu stoppen ist. Zudem spielt bei Nanothermit die Zusammensetzung und Formgebung der Substanz eine entscheidende Rolle, da diese die Verbrennungseigenschaften maßgeblich beeinflussen.<ref name="nanolaminate">{{Patent |Land=US |V-Nr=7951247 |Titel=Nano-laminate-based ignitors |V-Datum=2011-05-31 |Erfinder=Troy W. Barbee, Jr., Randall L. Simpson, Alexander E. Gash, Joe H. Satcher, Jr.}}</ref><br />
<br />
Bei einer Thermitreaktion wird intensiv Licht im sichtbaren und unsichtbaren Spektrum (Ultraviolettstrahlung) emittiert, so dass ohne Schutzvorkehrungen die Gefahr der Erblindung und von Verbrennungen der Haut droht.<br />
<br />
== Siehe auch ==<br />
* [[Pyrotechnischer Satz]]<br />
* [[Alice (Treibstoff)]]<br />
* [[Verschwörungstheorien zum 11. September 2001#Thermit|Verschwörungstheorie über den Einsatz entsprechender Sprengsätze am 11. September 2001]]<br />
<br />
== Literatur ==<br />
* {{Literatur<br />
|Autor=A. Prakash, A.&nbsp;V. McCormick, M.&nbsp;R. Zachariah<br />
|Titel=Synthesis and Reactivity of a Super-Reactive Metastable Intermolecular Composite Formulation of Al/KMnO4<br />
|Datum=2005-03-30}}<br />
* {{Literatur<br />
|Autor=Zhang Rui, Xue Yan, Jiang Juncheng<br />
|Titel=Performance of Nanocomposite Energetic Materials Al-MoO<sub>3</sub><br />
|Datum=<br />
|Online={{Webarchiv |url=http://lib.hpu.edu.cn/comp_meeting/PROGRESS%20IN%20SAFETY%20SCIENCE%20AND%20TECHNOLOGY%20VOL.V1/1163.doc |wayback=20120220012154 |text=DOC; 1,5&nbsp;MB}}<br />
|Abruf=2012-08-02}}<br />
* {{Literatur<br />
|Autor=John J. Granier<br />
|Hrsg=Texas Tech University<br />
|Titel=Combustion Characteristics of Al Nanoparticles and Nanocomposite Al+MoO<sub>3</sub> Thermites<br />
|Datum=2005-05}}<br />
<br />
== Einzelnachweise ==<br />
<references /><br />
<br />
<br />
[[Kategorie:Brandwaffe]]<br />
[[Kategorie:Pyrotechnischer Satz]]<br />
[[Kategorie:Nanowerkstoff]]</div>162.23.30.48