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Synthesis and Characterization of Nanothermites for Energetic Applications

Ahmed Fahd Eltayeb Emam

Ph.D. thesis (2021)

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Abstract

Development of new energetic materials has captured much interest to as demands increase for microscale energetic devices and miniature propulsion systems. Nanothermite is one of the main approaches in the development of new energetic materials by intentionally integrating nanoscale metallic fuels and oxidisers. They are leveraging their large specific surface area, reduced activation energy, fast energy release and high energy density in enhancing the reaction rate, heat release, pressure and thrust output. Despite their advantages over microthermites, nanothermites still suffer from proportionally thicker oxide layer shell, relatively long ignition delays, slow combustion kinetics, sintering of nano-reactants before ignition, and incomplete combustion, which have limited their applicability.

Résumé

Une grande attention a été accordée au développement de nouveaux matériaux énergétiques pour atteindre les performances de plus en plus exigeantes des systèmes de propulsion à grande vitesse. La nanothermite est l'une des principales approches pour le développement de nouveaux matériaux énergétiques en intégrant intentionnellement des combustibles et oxydants métalliques nanométriques. Par rapport aux poudres de thermite traditionnelles à l'échelle du micron, les nanothermites offrent des améliorations de la vitesse de réaction, du dégagement de chaleur, de la pression et de la puissance de poussée en tirant parti: d'une grande surface spécifique, d'une diminution de l'énergie d'activation, d'une libération d'énergie rapide et d'une densité d'énergie élevée. Malgré leurs avantages par rapport aux microthermites, les nanothermites souffrent toujours d'une couche d'oxyde plus épaisse, de retards d'allumage relativement longs, d'une cinétique de combustion lente, d'un frittage des nano-réactifs avant l'allumage et d'une combustion incomplète, qui ont limité leur applicabilité.

Department: Department of Chemical Engineering
Program: Génie chimique
Academic/Research Directors: Charles Dubois, Jamal Chaouki and John Wen
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/9243/
Institution: Polytechnique Montréal
Date Deposited: 18 Mar 2022 10:00
Last Modified: 11 Jun 2023 03:40
Cite in APA 7: Emam, A. F. E. (2021). Synthesis and Characterization of Nanothermites for Energetic Applications [Ph.D. thesis, Polytechnique Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/9243/

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