莫丽·拉普，桑迪亚国家实验室 在桑迪亚国家实验室进行的一次薄爆炸薄膜的测试爆炸，大约有几张笔记本纸那么厚，有一个3/8英寸高的雷鸟形状的屏障
雷鸟右边的“闪光”线是爆炸产生的冲击波，由纹影成像技术检测，该技术可以检测空气密度的差异
信用:埃里克福里斯特 桑迪亚国家实验室的研究人员利用一种常见爆炸化学物质的薄膜——厚度不超过几张笔记本纸——研究了小规模爆炸是如何开始和发展的
桑迪亚是美国唯一的实验室
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可以制造这种可爆炸的薄膜
这些实验增进了爆炸的基础知识
这些数据还被用来改进桑迪亚公司开发的计算机建模程序，该程序被大学、私营公司和国防部用来模拟大规模爆炸是如何引发和传播的
该项目的首席研究员埃里克·福里斯特说:“这太棒了，我们真的是在对你可以引爆的规模和你可以用炸药改变各种属性的方式进行限制。”
“传统的爆炸物理论认为，你不应该能够在这些长度范围内引爆，但我们已经能够证明，事实上，你可以
" 福里斯特和研究小组的其他成员在最近发表在《美国化学学会应用材料和界面与推进剂、炸药、烟火学》上的两篇论文中分享了他们研究这些薄膜的特性和它们产生的爆炸的工作
在他们的研究中，研究小组使用了PETN，也就是季戊四醇四硝酸酯，它比梯恩梯更有效，一磅比一磅
它通常被采矿业和军方使用
通常，PETN被压成圆柱体或小球使用
相反，研究小组使用了一种叫做物理气相沉积的方法——也用于制造第二代太阳能电池板和一些珠宝——来“生长”PETN薄膜
桑迪亚是美国唯一的实验室
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参与该项目的Sandia炸药专家罗布·克内珀说，该公司拥有使用这种技术制造可以引爆的爆炸薄膜的技能和设备
爆炸薄膜的生长和研究 从2015年末开始，该团队在不同类型的表面上生长PETN薄膜，以确定这将如何影响薄膜的特性
他们从小指甲大小的硅片开始，生长出只有一张纸十分之一厚的薄膜，太薄了不会爆炸
有些硅片非常干净，有些相当干净，有些是开箱即用的，因此有一层非常薄的污垢——比一张纸薄50，000倍
在非常干净的硅表面上，通过扫描电子显微镜，PETN薄膜形成了看似光滑的平板，但在平板之间有微小的裂缝，有点像干燥湖床上的干泥
在肮脏的硅表面上，PETN薄膜的表面看起来更像平坦的山丘
福里斯特说，使用基于x光的技术，研究人员确定这是因为与非常干净的表面相比，PETN分子在脏表面上的取向不同，因此薄膜的生长也不同
爆炸薄膜提供了爆炸是如何开始的快照
信用:桑迪亚国家实验室 “这项研究特别表明，我们不仅可以得到新奇的，而且可以得到非常有用的传统炸药形式，这是传统方法永远无法实现的，”福勒斯特说
“精细控制薄膜特性使我们能够研究理论以更好地理解爆炸起爆，这将使我们能够通过改进模型更好地预测爆炸系统的可靠性、性能和安全性
" 在这个项目中担任福里斯特导师的克内尔同意了
“开发一种方法，我们可以通过表面处理来重复控制薄膜的微观结构，这一点很重要
现在，我们的重点是利用这些胶片来加深我们对小规模爆炸特性的理解，例如炸药的起爆和失效
" 改进计算机模型的小规模测试 一旦对薄膜的特性和特性有了更好的理解，研究小组就在非常干净的小手指大小的塑料片上生长更厚的薄膜——这次大约是两张笔记本纸的厚度
然后，砰的一声，他们引爆了一个特殊设计的叫做“boombox”的安全外壳内的爆炸薄膜，这种外壳被设计成在外壳打开时防止爆炸开始，并包含爆炸产生的任何碎片
他们使用一台每秒可拍摄10亿帧的超高速相机，观察爆炸穿过薄膜时冲击波的上升
该研究小组与索科罗新墨西哥矿业和技术研究所合作，开发了一种专门的装置，利用纹影成像技术来观察冲击波，尽管测试爆炸中有烟雾和碎片，这种技术可以检测空气密度的差异，类似于在炎热的高速公路上闪烁
新墨西哥理工学院的一名机械工程硕士学生胡里奥·佩格罗(Julio Peguero)利用这些实验数据完善了Sandia的炸药计算机建模程序
克内珀说，这个名为“CTH”的程序可以用于各种应用，例如确定如何在钻探石油时最好地成型炸药
佩格罗绘制了有间隙和无间隙薄膜上冲击波的速度，并修改了计算机程序，以更好地匹配它们在非常薄的薄膜上的实验结果
该团队设计了中间有裂缝的各种尺寸的薄膜——从人类头发宽度的三分之一到头发宽度的三分之一——以更好地理解薄膜的可靠性和爆炸是如何失败的
研究小组发现头发大小的缝隙可以阻止爆炸的继续
福里斯特对间隙研究特别感兴趣，因为第一项研究发现一些薄膜非常光滑的板之间有薄裂纹
尽管这些裂缝远小于头发宽度的十分之一，但来自gap研究的数据提供了关于这些电影如何表现的见解
佩格罗现在是桑迪亚公司的员工，他于2018年1月开始从事这个项目，起初是学生，后来是桑迪亚公司的实习生
“除了从事爆炸物研究的兴奋之外，我还对测量不确定性和风险有所了解，”佩格罗说
“这对于国家安全工作尤为重要，以确保我们对测量的信心得到充分理解
" 克内尔同意这个项目的重要性
他说，“当你有小规模的实验数据时，尤其是那些与什么能引爆和什么不能引爆的边界相关的数据，这些数据在校准计算机模型时会很有帮助
此外，能够对炸药微观结构进行良好的表征以进入模型有助于获得能够在更大范围的爆炸行为中成功预测ict性能的参数
"
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