美軍最新研究成果

袁風

近期，美國陸軍研究實驗室和得克薩斯州技術大學的研究者共同實施驗證試驗，證明在TNT炸藥中加入新型納米級鋁粉后，可以將炸藥爆速提高30%。

鋁是活潑金屬，因此在傳統上，鋁粉顆粒表面被氧化鋁層所包裹。但美國陸軍的這次實驗中，鋁粉顆粒表面經過處理，包裹的是一層六水合碘酸鋁（AIH，分子式為[Al（H2O）6]（IO3）3（HIO3）2）。

該項試驗是由美國陸軍研究實驗室材料研究員Chi-Chin Wu博士主持開展的。此人是該實驗室武器和材料研究部殺傷分部含能材料科學研究室等離子研究方向的負責人，1993年從臺灣地區赴美求學，后定居美國。

這項發現意味著鋁或者其它金屬的納米級顆粒可以增強武器系統的射程和爆炸威力。這是美國陸軍“遠程精確火力”現代化計劃中的關鍵目標之一。得克薩斯州技術大學的研究人員表示，這項研究成果意味著可以在更短的時間里讓金屬顆粒爆發出更多的化學能量。

數十年前，人們就開始向火炸藥中添加鋁粉來增強其效力。鋁粉含能高、燃速快，是非常好的添加劑。但是鋁容易氧化，鋁粉顆粒表面包裹的三氧化二鋁層一方面容易吸熱而降低爆炸威力，另一方面也占了太大的體積和質量。根據測量，傳統的納米級鋁粉，其三氧化二鋁表層占了質量的20%。三氧化二鋁即不能燃燒也不能爆炸。實際上，耐火磚的主要成分就是三氧化二鋁。

因此，德克薩斯理工大學發明的新型、用AIH來包裹納米級鋁粉顆粒，可以防止鋁氧化為三氧化二鋁，從而有效提高鋁粉作為添加劑的效力。研究顯示，用不易氧化的AIH層可以在鋁粉顆粒表面形成凸起的結節，有效保護結晶鋁內核。

該項試驗中采用了所謂含能物質激光誘導空氣沖擊法的先進研究手段，通過激光脈沖引爆單個鋁粉顆粒或者鋁粉-TNT炸藥混合顆粒的方式，每次只剝離和引爆1毫克左右的炸藥，在微觀尺度下測量其爆炸性能。

具體來說，試驗采用釔鋁石榴石激光器（波長1064納米，能量900毫焦），通過一個10厘米焦距的透鏡，以6納秒脈沖轟擊含能材料表面。激光將部分材料融化，浮在材料表面的空氣中，使這部分材料原子化或離子化，形成一個溫度超過10000K的微等離子團。通過精確控制激光的脈沖長度和波長，可以保證激光脈沖能量的絕大部分被等離子團吸收而非被含能材料本體吸收。

在脈沖持續期間，被融化的這部分材料是高度活化的，呈現出強烈的原子發射光譜或者分子發射光譜。激光脈沖停止后，離子團迅速冷卻，發生重組反應而形成不同類型的分子。如果試驗材料是不含能的，那么重組反應就會把激光沖擊時吸收的能量再次釋放出來。如果試驗材料是含能的，重組反應中還會放熱，使離子團溫度繼續升高，并且產生沖擊波。通過高速攝影機和顯微鏡可以拍攝到這個過程，通過對沖擊波的分析，就可以測量出爆速。

美國陸軍研究實驗室的上述成果不僅對陸軍有意義，同樣也得到了美國空軍研究實驗室的支持。后續研究也正在開展。