Compuesto explosivo a base de nanopartículas y el ADN podría ser una fuente de energía para microsistemas integrado

Un explosivo sólido con una densidad de energía equivalente a la de la nitroglicerina: este es el material compuesto producido por los investigadores del Laboratorio d’Analyse et d’Architecture des Systèmes (CNRS) de Toulouse, en colaboración con el Centro Interuniversitario de Recherche et d ‘ Ingénierie des Matériaux (Université Toulouse 3 / INP de Toulouse / CNRS), utilizando un innovador proceso de producción que trae las nanopartículas en contacto con cadenas de ADN. Estos filamentos luego «montar» los distintos tipos de nanopartículas utilizadas. La energía liberada y la temperatura de ignición del explosivo nuevo están entre los mejores nunca descrito en la literatura. El explosivo así se podría utilizar como una fuente de energía para alimentar los sistemas incorporados, tanto en el espacio y en el medio ambiente. Este material innovador es el tema de un artículo publicado en línea en la revista Advanced Materials funcionales .

Las nanopartículas de aluminio y óxido de cobre constituyen los dos ingredientes básicos del material compuesto. Aunque la idea de acoplamiento de aluminio con óxido de cobre para producir energía no es nuevo (que se usa una vez para soldar las vías férreas), esta es la primera vez que las hebras de ADN se han utilizado para su montaje. ¿Por qué usar el ADN? Dos hebras complementarias de ADN (es decir, cuyas moléculas son capaces de reconocerse entre sí) se auto-ensamblan en una doble hélice y luego permanecen firmemente unidas entre sí, tal y como son en cada célula de nuestro cuerpo. Los investigadores hicieron uso de estas propiedades «pegajosa». Ellos separado injertado hebras de ADN sobre perlas nanoscópicas de aluminio y de óxido de cobre antes de mezclar juntos los dos tipos de nanopartículas recubiertas con hebras de ADN. Como resultado, las cadenas complementarias de cada tipo de enlace de nanopartículas, convirtiendo el original de aluminio y polvo de óxido de cobre en un material compacto, sólido que se inflama espontáneamente cuando se calienta a 410 ° C (una de las temperaturas más bajas de ignición espontánea hasta ahora descritos en la literatura ).

Además de su baja temperatura de ignición, este compuesto también ofrece la ventaja de tener una alta densidad de energía, de manera similar a la nitroglicerina: para la misma cantidad de material, se produce considerablemente más calor que el aluminio y óxido de cobre se toman por separado, donde una parte significativa de la energía no se libera. Por el contrario, mediante el uso de nanopartículas, con sus grandes superficies activas, los investigadores fueron capaces de acercarse a la energía máxima teórica de esta reacción química exotérmica.

La alta densidad de energía de este compuesto hace que sea un combustible ideal para los nanosatélites, que pesan unos cuantos kilos y se utilizan cada vez más. Tales satélites son demasiado ligero para ser equipado con un sistema de propulsión convencional una vez en órbita. Sin embargo, unos pocos cientos de gramos de este compuesto que les daría la energía suficiente para ajustar su trayectoria y la orientación.

El compuesto también podría tener una gran cantidad de aplicaciones terrestres: encendedores de gas en motores de combustión interna, o como combustible en las boquillas de aviones y cohetes, detonadores en miniatura, en el lugar de herramientas de soldadura, etc Una vez que el calor se transforma en energía eléctrica, el compuesto podría también puede utilizarse como una fuente de respaldo para los microsistemas (por ejemplo, detectores de contaminación dispersos por el medio ambiente).

 

Microscopio electrónico de barrido (SEM) de la imagen de un nanocompuesto individual de alrededor de 2μm


© Fabrice Séverac

Microscopio electrónico de barrido (SEM) de la imagen de un nanocompuesto individual de alrededor de 2μm


 

 

Diagrama que representa las etapas de producción diferentes de Al / CuO nanocompuestos a través de la Asamblea de ADN


© Fabrice Séverac

Diagrama que representa los pasos de producción diferentes de Al / CuO nanocompuestos a través de ensamblaje del ADN. El aluminio y nanopartículas de óxido de cobre se coloca por primera vez en suspensión y se estabilizó en una solución acuosa antes de ser funcionalizado con fragmentos de ADN y, finalmente, montado a través de la hibridación de las cadenas de ADN complementarias.

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