Роль фотоиндуцированного переноса заряда в инициировании экзотермического разложения композитных энергетических материалов в поле лазерного излучени

Проект направлен на исследование процессов переноса заряда в композитах на основе частиц оксидов металлов и энергетических материалов на примере бризантных взрывчатых веществ (БВВ) под действием лазерного излучения, приводящих к взрывчатому разложению исследуемых материалов. Актуальность исследований заключается в получении экспериментальных данных о возможности реализации фотоиндуцированного переноса заряда интерфейсов оксид металла – энергетический материал и особенностях оптических свойств таких систем, а также влиянии процесса переноса заряда на механизм взрывного разложения энергетических материалов. В основу предлагаемого проекта положено исследование процессов переноса заряда в поле лазерного излучения в композитах на основе энергетического материала, адсорбированного на поверхности включений оксидов металлов. Лазерное излучение генерирует электронно-дырочную пару в частице оксида. На поверхности включения происходит образование фотоиндуцированной электронно-дырочной пары. Перенос носителя заряда на молекулу энергетического материала, адсорбированную на поверхности оксида, приводит к образованию метастабильных заряженных ионов. Далее при достаточно высокой концентрации метастабильных ионов происходит экзотермическое разложение энергетического материала, приводящее к взрыву облученного композита. В качестве энергетического материала как модельный объект будет выбран тетранитрат пентаэритрита (тэн). В качестве включений будут выбраны ZnO, MoO3, TiO2 (рутил и анатаз), а также MgO и Al2O3. Данные материалы хорошо изучены и являются наиболее подходящими модельными объектами. Для реализации предлагаемого механизма необходима модификация модельных объектов, включающих введение примесей, создающих уровни в запрещенной зоне, особенно в широкозонных диэлектриках типа Al2O3. Наличие дефектных уровней позволит проводить двухступенчатую ионизацию таких включений излучением гармоник, например, неодимового лазера, что позволит реализовать процесс лазерного инициирования взрыва с использованием источников лазерного излучения с длиной волны видимого или ближнего ИК диапазона. Будет реализован многофакторный эксперимент, включающий в себя изучение оптических и оптоакустических свойств композитов, анализ влияния на чувствительность композита к лазерному излучению дефектной структуры включений, их удельной поверхности (дисперсности и морфологии), концентрации включений в энергетическом материале.Учет многофакторности позволит определить наиболее перспективные составы, требующие наименьшие мощности лазерного излучения при инициировании взрыва ВВ, а также ограничения применимости предлагаемого нами подхода. Для наиболее перспективных составов будут изучены динамические характеристики взрывчатого разложения: скорости и амплитуды давления ударных волн в воздухе. Это позволит сделать выбор наиболее перспективного композита в качестве материала светодетонатора. Рассматриваемый в проекте метод лазерного инициирования основан именно на управлении стабильностью облучаемого энергетического композита и не должен строго зависеть от чувствительности энергетического материала. Наиболее распространенным способам увеличения чувствительности энергетических материалов к лазерному излучению является введение непрозрачных включений, нагреваемых или аблируемых лазерным излучением, выступающих в качестве горячих точек. Предлагаемый в настоящем проекте подход способен решить данную проблему, селективно переводя материал в менее стабильные состояние, вплоть до полного исчезновение потенциальных барьеров начальных стадий взрывного разложения материала. Подходы, разработанные в данном проекте, создадут дополнительные инструменты для управления чувствительностью материалов к лазерному излучению. Практическая значимость основывается на получении нового композитного материала, который можно применить для создания детонатора нового типа (светодетонатора), обладающего преимуществами перед применяемыми в настоящее время детонаторами штатных ВВ.