Role of Surface Tension on Heat Feedback and Power from Energetic Composites

材料科学 表面张力 结块 复合材料 燃烧 表面能 复合数 张力(地质) 化学工程 热力学 压缩(物理) 物理 化学 有机化学 工程类
作者
Yujie Wang,Feiyu Xu,George Issac Paul,Emmanuel Vidales Pasos,Keren Shi,Brandon Wagner,Lorenzo Mangolini,Michael R. Zachariah
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (32): 42100-42108
标识
DOI:10.1021/acsami.4c05801
摘要

Heat feedback to the unburned reaction interface is an important controlling factor of the velocity of the reaction front and power delivery. In this paper, we investigate the effect of agglomerate surface tension and its relationship to surface residence time and heat feedback on the combustion characteristics by Si addition to an Al/KClO4 composite. Macroscopic imaging demonstrates a significant increase in burn rate with the addition of Si despite the fact that Si/KClO4 has a slightly lower energy density than Al/KClO4. Microscopic imaging coupled with three-color pyrometry reveals that molten liquid forms and evolves into spherical droplets on the burning surface, which are subsequently ejected from the surface. We find that the addition of Si results in a small increase in droplet size and a negligible impact on droplet temperature. However, the droplet formation rate on the surface is slower, leading to a significantly longer surface residence time. This leads to enhanced conductive heat feedback to the unburnt materials, thereby increasing the burn rate and energy release rate. We attribute the decreased droplet growth rate to the lowered surface tension of the liquid mixture with Si addition. This study highlights the crucial role of agglomerate physical property (e.g., surface tension) in influencing the combustion behavior of energetic composites.
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