Многослойные углеродные нанотрубки – компонент энергоемких суспензионных реактивных горючих

Objectives. The addition of high-density carbon materials to jet fuels can lead to a significant increase in the volumetric energy of the fuel combustion. The purpose of the current study was to thermodynamically analyze the possibility of obtaining model hydrocarbon fuels from toluene and T-1 using stacked-cup multiwall carbon nanotubes (MWCNTs). Methods. Bomb combustion calorimetry was used to define the combustion energy of the MWCNTs in the crystalline state. The temperature dependence of the MWCNTs’ heat capacity in the range 5–370 K and the fusion parameters were estimated using low-temperature adiabatic calorimetry. The physical density of MWCNTs was measured using the pycnometric method. The sedimentation stability of the mixtures of MWCNTs with liquids was determined using centrifugation at 7000 g. The calculations were carried out in MS Excel. Results. The energy and enthalpy of combustion of a technical sample of MWCNTs in the crystalline state were determined. Based on the smoothed heat capacity values, the standard thermodynamic functions (enthalpy, entropy, and Gibbs reduced energy) of MWCNTs in the crystalline state were obtained in a temperature range of 0–2000 K. The extrapolation of the MWCNTs’ heat capacity was carried out at a temperature of up to 2000 K using the heat capacity of crystalline graphite. It has been established that mixtures of MWCNTs with liquids containing more than 33 mass % of MWCNTs are stable during centrifugal sedimentation at 7000 g. For the toluene–MWCNTs and fuel T-1–MWCNTs model systems, the specific and volumetric combustion energies, the adiabatic combustion temperatures, and the conditional final maximum speed of the model rockets with fuel of various compositions were also calculated. Conclusions. The thermodynamic analysis showed that the addition of MWCNTs can significantly increase the volumetric energy intensity of traditional jet fuels, which can in turn improve the operational characteristics of drones and rockets. Цели. Добавление высокоплотных углеродных материалов в реактивные топлива может привести к значительному увеличению его объемной энергоемкости. Цель работы заключалась в проведении термодинамического анализа возможности получения модельных углеводородных топлив из толуола и Т-1 с многослойными углеродными нанотрубками (МУНТ). Методы. Свойства МУНТ были исследованы при помощи следующих методов: энергия сгорания в кристаллическом состоянии определена методом бомбовой калориметрии, температурная зависимость теплоемкости в интервале 5–370 K – методом адиабатической калориметрии, физическая плотность – пикнометрическим методом, седиментационная устойчивость смесей с жидкостями – центрифугированием при 7000 g. Расчеты проводились в программе MS Excel. Результаты. Определены энергия и энтальпия сгорания технического образца МУНТ в кристаллическом состоянии. На основании сглаженных значений теплоемкости получены стандартные термодинамические функции (энтальпия, энтропия и приведенная энергия Гиббса) МУНТ в кристаллическом состоянии в интервале 0–2000 K. Экстраполяция теплоемкости МУНТ до температуры 2000 K проведена с использованием теплоемкости кристаллического графита. Установлено, что смеси МУНТ с жидкостями, содержащими МУНТ более 33 масс. %, седиментационно устойчивы в центрифуге при 7000 g. Для модельных систем толуол–МУНТ, горючее Т-1–МУНТ вычислены массовые и объемные энергии сгорания, адиабатические температуры горения, условная конечная максимальная скорость модельных ракет с горючим различных составов. Выводы. Термодинамический анализ показал, что добавление МУНТ существенно повышает объемную энергоемкость традиционных реактивных топлив, что должно приводить к улучшению эксплуатационных характеристик летательных аппаратов.

Энергоемкость углеводородов в жидком и твердом состояниях

Objectives. The increased use of unmanned aerial vehicles necessitates the search for jet fuels based on hydrocarbon materials with high energy intensity and physical density. The purpose of the work was to analyze the influence of various factors on the mass energy intensity of hydrocarbons. This analysis is required to substantiate the algorithm for locating energy-intensive CnHm structures.Methods. Combustion energy was calculated using additive procedures. The calculations were performed using Microsoft Excel.Results. During the analysis of the mass energy intensity of CnHm hydrocarbons, the m/n ratio was discovered to be the decisive factor for achieving high values of the mass energy intensity of hydrocarbons. The energy intensity decreases when moving from alicyclic to cyclic hydrocarbons, and this decrease is not compensated by the production of strain energy. An additive scheme that allows the molar volume of hydrocarbons to be predicted with sufficient accuracy is proposed for calculating the volumetric enthalpies of combustion.Conclusions. According to the thermodynamic analysis, n-alkanes have the highest mass energy intensities. The technology for extracting n-alkanes from oil fractions is well developed, and a decrease in the hydrogen content in the fuel results in a decrease in the mass energy intensity. It appears improbable that the mass and volumetric energy intensities of hydrocarbons seem will reach their maximum values simultaneously. Hydrocarbons that have a high m/n value, 2, 3, 4, 5, 6-membered rings, and phenyl fragments may have relatively high mass and volumetric energy intensities at the same time.Цели. Расширение сфер использования беспилотных летательных аппаратов требует поиска реактивных топлив с высокой энергоемкостью и физической плотностью на основе углеводородных материалов. Цель работы заключалась в проведении анализа влияния различных факторов на массовую энергоемкость углеводородов, необходимого для обоснования алгоритма поиска энергоемких структур CnHm.Методы. Энергия сгорания рассчитывались с использованием аддитивных процедур. Расчеты проводились в программе MS Excel.Результаты. В ходе проведенного анализа массовой энергоемкости углеводородов CnHm было установлено, что решающим фактором для достижения высоких значений массовой энергоемкости углеводородов является отношение m/n. При переходе от алициклических углеводородов к циклическим энергоемкость снижается, и данное снижение не компенсируется возникающей энергией напряжения. Предложена аддитивная схема, позволяющая с достаточной точностью предсказать молярный объем углеводородов для расчета объемных энтальпий сгорания.Заключение. Термодинамический анализ показал, что максимальной массовой энергоемкостью обладают н-алканы, технология извлечения которых из нефтяных фракций хорошо отработана, уменьшение же содержания водорода в топливе приводит к снижению массовой энергоемкости. Одновременное достижение максимальных значений массовых и объемных энергоемкостей углеводородов представляется маловероятным. Возможно, одновременно более высокой массовой и объемной энергоемкостью будут обладать углеводороды с высоким значением m/n, содержащие 2, 3, 4, 5, 6-ти членные циклы и фенильные фрагменты

Properties of ZnO/ZnAl2_2O4_4 composite PEO coatings on zinc

Recently the successful formation of PEO coatings on zinc in a phosphate aluminate electrolyte was shown. The produced composite coatings contain various mixtures of ZnO and ZnAl$_2$O$_4$. In frame of the current study, the properties of the formed coatings including adhesion/cohesion, wear, corrosion and photocatalytic activity were analysed to identify possible applications. However, the coatings show internal porosity and a sponge-like structure. Thus the cohesion within the coating is quite low. Pull-off tests have demonstrated clear rupture within the PEO layer at strength values as low as 1 MPa. The photocatalytic activity is limited, in spite of the formation of a higher amount of ZnO at shorter treatment times. Interestingly, the composite coatings of ZnO and higher amounts of ZnAl$_2$O$_4$ spinel showed a higher activity, but not sufficient for fast and effective catalytic cleaning applications

The Influence of PSA Pre-Anodization of AA2024 on PEO Coating Formation: Composition, Microstructure, Corrosion, and Wear Behaviors

In the frame of the current work, it was shown that plasma electrolytic oxidation (PEO) treatment can be applied on top of phosphoric sulfuric acid (PSA) anodized aluminum alloy AA2024. Being hard and well-adherent to the substrate, PEO layers improve both corrosion and wear resistance of the material. To facilitate PEO formation and achieve a dense layer, the systematic analysis of PEO layer formation on the preliminary PSA anodized layer was performed in this work. The microstructure, morphology, and composition of formed PEO coatings were investigated using scanning electron microscopy (SEM), x-ray diffraction (XRD), and glow-discharge optical emission spectroscopy (GDOES). It was shown that under constant current treatment conditions, the PSA layer survived under the applied voltage of 350 V, whilst 400 V was an intermediate stage; and under 450 V, the PSA layer was fully converted after 5 min of the treatment. The comparison test with PEO formation on the bare material was performed. It was confirmed that during the "sparking" mode (400 V) of PEO formation, the PEO coatings, formed on PSA treated AA2024, were more wear resistant than the same PEO coatings on bare AA2024

Stacked-cup multiwall carbon nanotubes as components of energy-intensive suspension jet fuels

Objectives. The addition of high-density carbon materials to jet fuels can lead to a significant increase in the volumetric energy of the fuel combustion. The purpose of the current study was to thermodynamically analyze the possibility of obtaining model hydrocarbon fuels from toluene and T-1 using stacked-cup multiwall carbon nanotubes (MWCNTs). Methods. Bomb combustion calorimetry was used to define the combustion energy of the MWCNTs in the crystalline state. The temperature dependence of the MWCNTs’ heat capacity in the range 5–370 K and the fusion parameters were estimated using low-temperature adiabatic calorimetry. The physical density of MWCNTs was measured using the pycnometric method. The sedimentation stability of the mixtures of MWCNTs with liquids was determined using centrifugation at 7000 g. The calculations were carried out in MS Excel. Results. The energy and enthalpy of combustion of a technical sample of MWCNTs in the crystalline state were determined. Based on the smoothed heat capacity values, the standard thermodynamic functions (enthalpy, entropy, and Gibbs reduced energy) of MWCNTs in the crystalline state were obtained in a temperature range of 0–2000 K. The extrapolation of the MWCNTs’ heat capacity was carried out at a temperature of up to 2000 K using the heat capacity of crystalline graphite. It has been established that mixtures of MWCNTs with liquids containing more than 33 mass % of MWCNTs are stable during centrifugal sedimentation at 7000 g. For the toluene–MWCNTs and fuel T-1–MWCNTs model systems, the specific and volumetric combustion energies, the adiabatic combustion temperatures, and the conditional final maximum speed of the model rockets with fuel of various compositions were also calculated. Conclusions. The thermodynamic analysis showed that the addition of MWCNTs can significantly increase the volumetric energy intensity of traditional jet fuels, which can in turn improve the operational characteristics of drones and rockets

Heat-resisting foam concrete: forming conditions

Synthesis, properties and structure of inorganic compound

Porous glass-ceramic material from akali activation and sintering of clay with waste granite rabble mixtures

Пористая стеклокерамика представляет собой очень интересный класс материалов благодаря высокой площади поверхности и проницаемости, низкой плотности и удельной теплоемкости, высокой термической и высокой химической стойкости. Кроме того, в отличие от полимерных пен, пористая стеклокерамика негорючая и огнестойкая, химически инертна и не токсична. Предложен подход, применяемый в данной работе для получения пористого керамического материала, совмещенного щелочной активацией и обжигом глины с отходами гранитного щебн

Plasma electrolytic oxidation of PSA pre-anodized AA2024 alloy

Метод плазменного электролитического окисления (ПЭО) позволяет формировать износостойкие и коррозионно-стойкие покрытия с хорошей адгезией к поверхности сплава. Однако существует необходимость в обработке ПЭО не только на поверхности чистого сплава, но и с предварительно нанесенными анодными слоями. Это исследование объединяет различные условия ПЭО-обработки алюминиевого сплава АА2024 с предварительно сформированным анодированным слоем фосфорно-серной кислоты (ПСА)