美国陆军和顶尖大学研究人员发现一种新方法：通过点燃涂有氧化石墨烯的微米级铝粉末，提升作战系统中含有铝元素的含能材料所释放出的能量。这项研究与美国陆军“远程精确火力”（LRPF）高优先级、现代化项目需求相契合，将能够提升美国陆军弹药中作为推进剂或炸药成分的金属粉末所释放的能量效能。
石墨烯是高强度、轻质、导电性和透明性俱佳的军事前沿材料，制备成本较高。而氧化石墨烯（GO）制备成本更低，适合大量制造。当前GO作为二维材料，在多个学科和材料应用领域备受关注，而这项研究挖掘了GO作为有效的轻质添加剂，用于使用微米级铝粉（uAl）的实际能量应用。
研究小组在2018年10月份《美国化学学会纳米杂志（ACS Nano）》上发表了他们的研究成果，合作机构包括美国陆军研发与工程司令部（RDECOM）研究实验室、陆军企业研究实验室（ARL）、斯坦福大学、南加州大学、麻省理工学院以及阿贡国家实验室。这预示着ARL研发功能性颗粒作为新能量的多个项目的开端。在ARL引领下，多个研究机构、大学合作共同开辟出一条发展优质的新型金属推进剂/炸药成分，提升陆军战斗力的新途径。
研究人员表示，由于铝（Al）理论上可以释放大量的热量（每克多达31千焦），且地球上含量很丰富，获取成本低。因此，uAl已广泛应用于能量领域。但uAl光吸收能力较差，难以被光学闪光照射器（optical flash lamp）点燃，为提升点火过程中铝粉末的光吸收能力，通常使用掺入重金属氧化物的方法，但这将降低混合物的能量效能。此外，纳米级铝粉末容易通过广域光学闪光照射器点燃，释放热量速率较传统单点火方法更快，但纳米级铝粉末非常昂贵。
该研究展示了uAl/GO复合材料作为推进剂/炸药成分的潜在价值。研究表明，GO能够通过光学闪光照射器成功点燃uAl，与使用更昂贵的纳米级铝粉末相比，释放能量速度更快，从而显著提升uAl的能量效能。该团队还发现，通过改变GO含量可以控制uAl粉末的点燃和燃烧过程，以实现所需的能量输出。显示uAl/GO复合粒子结构的图像可通过高分辨率透射电子（TEM）显微镜获得。通过先进TEM显微镜，研究人员能够看到使用简单的机械混合工艺，可将uAl颗粒很好地包裹在GO片材中。
除了演示uAl/GO复合材料在光学闪光照射器加热下能够增强燃烧效果外，研究团队还演示了GO在微秒时间尺度上，能够增加uAl反应量。采用含能材料激光诱导空气冲击技术（LASEM），通过脉冲激光诱导Al/GO复合材料时，Al/GO的放热反应加速了激光诱导冲击速度，使之超过纯Al或纯GO的速度。
综上，uAl/GO复合材料可能增加制剂的爆炸力，同时增强燃烧或爆炸效果，从而可用于提升现有武器系统的射程或杀伤力。（中国航天系统科学与工程研究院 孙硕）
本文来自国防科技信息网，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
