Picric acid crystals response to nanoscale mechanical stimulation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Reaction of the surface of individual picric acid crystals to the nanoscale mechanical stimulation was studied to understand the processes responsible for the initiation of energetic materials. Three types of the local mechanical stimulation, i. e., nanoindentation, friction, and impact were performed by atomic force microscopy methods. It was found that the stimulation at a nanoscale leads to the disappearance of the material of crystal surface. Moreover, the response to mechanical stimulation differs with crystal faces. In addition, the observed effect slows down with humidity increase probably due to the interaction of the picric acid surface with atmospheric water.

About the authors

Ekaterina K. Kosareva

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: catherine.kos@yandex.ru

(b. 1996) — junior research scientist

Russian Federation, 4 Kosygin Str., Moscow 119991

Radmir V. Gaynutdinov

A. V. Shubnikov Institute of Crystallography, Federal Scientific Research Center “Crystallography and Photonics” of the Russian Academy of Sciences

Email: rgaynutdinov@gmail.com

(b. 1979) — Candidate of Science in physics and mathematics, senior research scientist

Russian Federation, 59 Leninsky Prosp., Moscow 119333

Nikita V. Muravyev

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: muravyev.nikita@ya.ru

(b. 1985) — Candidate of Science in technology, senior research scientist

Russian Federation, 4 Kosygin Str., Moscow 119991

References

  1. Afanas’ev, G. T., and V. K. Bobolev. 1968. Initsiirovanie tverdykh vzryvchatykh veshchestv udarom [Initiation of solid explosives by impact]. Moscow: Nauka. 172 p.
  2. Field, J. E., N. K. Bourne, S. J. P. Palmer, S. M. Walley, J. Sharma, and B. C. Beard. 1992. Hot-spot ignition mechanisms for explosives and propellants [and discussion]. Philos. T. Roy. Soc. A 339(1654):269–283.
  3. Armstrong, R. W., H. L. Ammon, W. L. Elban, and D. H. Tsai. 2002. Investigation of hot spot characteristics in energetic crystals. Thermochim. Acta 384(1-2):303–313. doi: 10.1016/S0040-6031(01)00786-9.
  4. Dubovik, A. V. 2011. Chuvstvitelnost’ tverdykh vzryvchatykh sistem k udaru [Impact sensitivity of solid explosives]. Moscow: RKhTU im. D. I. Mendeleeva. 276 p.
  5. Hua, C., P.-J. Zhang, X.-J. Lu, M. Huang, B. Dai, and H. Fu. 2013. Research on the size of defects inside RDX/HMX crystal and shock sensitivity. Propell. Explos. Pyrot. 38:775–780. doi: 10.1002/prep.201200200.
  6. Yan, Z., W. Liu, C. Zhang, X. Wang, J. Li, Z. Yang, X. Xiang, M. Huang, B. Tan, G. Zhou, W. Liao, Z. Li, L. Li, H. Yan, X. Yuan, and X. Zu. 2016. Quantitative correlation between facets defects of RDX crystals and their laser sensitivity. J. Hazard. Mater. 313:103–111. doi: 10.1016/ j.jhazmat.2016.03.071.
  7. Weeks, B. L., R. K. Weese, and J. M. Zaug. 2002. Energetic materials and atomic force microscopy: Structure and kinetics. 12th Detonation Symposium (International). San Diego, CA. 10 p.
  8. Tian, Q., G. Yan, G. Sun, Ch. Huang, L. Xie, B. Chen, M. Huang, H. Li, Y. Liu, and J. Wang. 2013. Thermally induced damage in hexanitrohexaazaisowurtzitane. Cent. Eur. J. Energ. Mat. 10(2):359–369.
  9. Burnham, A. K., S. R. Qiu, R. Pitchimani, and B. L. Weeks. 2009. Comparison of kinetic and thermodynamic parameters of single crystal pentaerythritol tetranitrate using atomic force microscopy and thermogravimetric analysis: Implications on coarsening mechanisms. J. Appl. Phys. 105:104312. doi: 10.1063/1.3129504.
  10. Burch, A. C., D. Y. John, and D. F. Bahr. 2017. Nanoindentation of HMX and idoxuridine to determine mechanical similarity. Crystals 7(11):335–344. doi: 10.3390/ cryst7110335.
  11. Kovalev, A., and H. Sturm. 2011. Observation of nanoscale hot-spot generation on a 2, 4, 6-trinitrophenol (TNP) single crystal. Surf. Sci. 605(17-18):1747–1753. doi: 10.1016/j.susc.2011.06.012.
  12. Khabarov, Y. G., A. A. Patrakeev, V. A. Veshnyakov, D. S. Kosyakov, N. V. Ul’yanovskii and A. Yu. Garkotin. 2017. one-step synthesis of picric acid from phenol. Org. Prep. Proced. Int. 49(2):178–181. doi: 10.1080/ 00304948.2017.1291008.
  13. Muravyev, N. V., K. A. Monogarov, I. N. Melnikov, A. N. Pivkina, V. G. Kiselev. 2021. Learning to fly: Thermochemistry of energetic materials by modified thermogravimetric analysis and highly accurate quantum chemical calculations. Phys. Chem. Chem. Phys. 23(29):15522–15542. doi: 10.1039/D1CP02201F.
  14. Fried, L. E., M. R. Manaa, P. F. Pagoria, and R. L. Simpson. 2001. Design and synthesis of energetic materials. Annu. Rev. Mater. Res. 31(1):291–321. doi: 10.1146/ annurev.matsci.31.1.291.
  15. Anczykowski, B., B. Gotsmann, H. Fuchs, J. P. Cleveland, and V. B. Elings. 1999. How to measure energy dissipation in dynamic mode atomic force microscopy. Appl. Surf. Sci. 140(3-4):376–382. doi: 10.1016/S0169-4332(98)00558-3.
  16. Orlova, E. Yu. 1981. Khimiya i tekhnologiya brizantnykh vzryvchatykh veshchestv [Сhemistry and technology of high explosives]. Leningrad: Khimiya. 312 p.
  17. Boldyrev, V. V. 1983. Eksperimental’nye metody v mekhanokhimii tverdykh neorganicheskikh veshchestv [Experimental methods in the mechanochemistry of solid inorganic substances]. Novosibirsk: Nauka. 65 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».