金属粉末：另类零碳燃料
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粒 子 ，纳 米 粒 子 不 会 燃 烧 到 太 高 的 温 度 以 蒸 发 或 熔 化 ，它 们 只 是 氧 化 ，然 后 产 生 出 纳 米 颗 粒 氧 化 物 。这 就 意 味 着 它 们 不 会 粘 ： 缸 壁 上 ，也 不 会 阻 塞 发 动 机 了 。 观察燃 烧后 留下来 的铁氧 化物灰 ，比： 生了一 个想法 ： 铁氧化 物还原 可用 的燃； 将 能 相 当 容 易 。他 用 ４ ５摄 氏 度 的 温 度 通 以 ２ 流 加 热 燃 烧 过 的 燃 料 ，结 果 ，铁 的 氧 化 物 ；
况 却与 火箭 发动机 完全不 同 。当铁或 铝等金 属
粉 末 与 空 气 接 触 时 ， 它 们 的 表 面 会 形 成 一 层 氧 化 层 ，要 想 点燃 金 属 ， 必 须 先 去 掉 这 层 金 属 氧 化 物 。 如 果 要 使 大 多 数 金 属 燃 烧 ，就 需 要 温 度 不 低于 ２ ０ ０ ０摄 氏 度 的 热 源 ，这 个 温 度 能 够 使 金 属 氧 化 层 蒸 发 ，让 里 面 有 活 性 的 金 属 暴 露 出 来 。这 种 原 理 适 用 于 火 箭 ，但 是 对 于 汽 车 发 动 机 来 说 ，就 有 问 题 了 ，一 旦 蒸 发 的 金 属 氧 化 物
星 点 火 花 ，也 可 以 点 燃 它们 。 纳 米 粒 子 容 易
燃烧 ，是 因为 它们 的表 面积 与 体积 的 比很 大 。 铁 很 容 易 与 氧 发 生 反 应 ，如 果 很 多 铁 粒 子 同 时 暴 露 在 空 气 中 ，氧 化 产 生 的 热 量 足 以 能 将 其 自
被 还原 为铁 ，氢与 氧结合 成为 水。于是 ，！
大的能 量 。比 奇估计 ，对发动 机进行 改造 ，使
用 一 满 箱 的 金 属 粉 末 制 成 的 燃 料 电 池 ，一 辆 普 通 的 汽 车 可 以 行 驶 相 当 于 汽 油 动 力 汽 车 距 离 的
金 属颗 粒必 须 是纳米 级 的
火箭 已经 在使用 金属粉 末作 ：
如 ，添加少量 的铝能 够 为宇宙飞 ｔ
信 ，铁 、铝 以及硼 等物 质可 以制成燃 料 。把这 些普通 金属加 工成极 细的纳 米级颗 粒 ，其性质
就 会 变 得 非 常 活 跃 ， 点 燃 它 们 ，能 够 释 放 出 巨
可 以再充 电的 ，只 需要给用 过的｛
加 一 点 儿 氢 ，电 池 就 能 够 一 次 又 。 烧 了 。这 种 新 燃 料 电 池 不 仅 可 用 刁 还 可 以用 于 其 他 发 动 机 或 者 发 电
瞪翻 疆 藿
金 属粉 末 ●
另类零碳燃料
口 李有
专 家们 认 为 ，在 不 久 的将 来 ，金 属粉 末 将 成 为一 种 “ 零 燃料 ，用 于汽 车发 动机 等 动 力装置 。
美 国 田 纳 西 州 橡 树 岭 国 家 实 验 室 的 研 究 人 员 戴 夫 ・比 奇 正 在 进 行 金 属 燃 料 的 研 究 。他 相 也 就 是 说 ， 没 有 二 氧 化 碳 ， 无 粉 无 氮 氧 化 物 。 此 外 ， 这 种 金 属 燃
导 的研究 小组 曾试 图让 内燃 机使 用 微米 级 （ １
微米 ＝ ０ １ ０万 分 之 一 米 ）的 铁 粉 末 作 燃 料 。他 们 改造 了一 台 发 动 机 ，使 它 可 以 在 高 温 下 发动 ，
结 果发现氧 化物形成 的灰 沉积在 活塞 、汽 缸壁
和 阀 门 上 ， 堵 塞 了 发 动 机 。 由于 找 不 到 解 决 这 个 问 题 的 方 法 ，他 们 只 好 放 弃 了 研 究 。 拉 比诺 夫 后 来 移 居 美 国 ，来 到 橡 树 岭 国 家 实 验 室 工 作 。２ ０ ０ ３年 ， 他 建 议 戴 夫 ・比 奇 和 理 论 家 鲍 比 ・ 普特 一起 来 重 新 研 究 这 个 问 题 。 森 这 样 的 热 量 足 以 做 有 用 功 ，但 不 会 熔 化 合
开始 冷却 ，它就 凝结成 固体并 形成灰 。对于 火
箭 来 说 ，高 温 和 灰 都 不 成 问 题 ，然 而 对 于 任 何
一
种 打 算 燃 烧 金 属 粉 末 的 内燃 机 来 说 ， 这 可 是
大 问题 。
所 罗 门 ・拉 比 诺 夫 也 是 橡 树 岭 国 家 实 验 室 的 研 究 人 员 。早 在 ２ ０世 纪 ８ Ｏ年 代 初 ，他 在 乌 克 兰 基 辅 一 所 工 程 研 究 所 担 任 所 长 时 ， 由 他 领
燃 料 就 可 以再 度 燃 烧 了 。
身点燃 。为了避 免这种情 况 ，在 生产纳米 粒子
的过程中 ，通常给其覆盖上一层保护性 氧化膜。
但 即 使 有 了 这 样 的 氧 化 层 ，纳 米 粒 子 巨大 的 表 面 积 也 意 味 着 ，只 要 有 很 少 的 热 量 ，就 很 容 易 让氧 分 子 穿 过 氧 化 层 并 点 燃 金 属 。 这 样 ，一 旦 纳 米 粒 子 被 火 花 点 燃 ，它 们 就
３信 。更佳 的是 ，由于 纳米 金属燃 料的燃 烧 方
式 与 一 般 化 石 燃 料 不 同 ，它 几 乎 是 没 有 污 染 的 ，
２ ８ 自然与科技 ２ １ 年第１ ０１ 期 总第１３ ８ 期
增 加 额 外 的 动 力 。 另 外 ，金 属 粉 末 燃 料 也 用 在 火箭助飞鱼雷上 。 然 而 ，汽 车 发 动 机 使 用 金 属 粉 末 燃 料 ， 情
成 的 发 动 机 。 更 为 重 要 的 是 ，不 同 于 微 米
这一次他们 使用纳米 级 （ 纳 米 ＝１ １ ０亿分 之一 米 ）的铁粉 末。
在 实 验 中 他 们 发 现 ，５ Ｏ纳 米 大 ／ ｆ铁 粉 末 Ｊｌ ＼￣ ， 要 比 拉 比诺 夫 以 前 使 用 的 比 较 大 的铁 粉 末 容 易 点 wenku.baidu.com — — 把 它 们 加 热 到 ２ ０摄 氏 度 ，即 使 只 有 ５
粒 子 ，纳 米 粒 子 不 会 燃 烧 到 太 高 的 温 度 以 蒸 发 或 熔 化 ，它 们 只 是 氧 化 ，然 后 产 生 出 纳 米 颗 粒 氧 化 物 。这 就 意 味 着 它 们 不 会 粘 ： 缸 壁 上 ，也 不 会 阻 塞 发 动 机 了 。 观察燃 烧后 留下来 的铁氧 化物灰 ，比： 生了一 个想法 ： 铁氧化 物还原 可用 的燃； 将 能 相 当 容 易 。他 用 ４ ５摄 氏 度 的 温 度 通 以 ２ 流 加 热 燃 烧 过 的 燃 料 ，结 果 ，铁 的 氧 化 物 ；
况 却与 火箭 发动机 完全不 同 。当铁或 铝等金 属
粉 末 与 空 气 接 触 时 ， 它 们 的 表 面 会 形 成 一 层 氧 化 层 ，要 想 点燃 金 属 ， 必 须 先 去 掉 这 层 金 属 氧 化 物 。 如 果 要 使 大 多 数 金 属 燃 烧 ，就 需 要 温 度 不 低于 ２ ０ ０ ０摄 氏 度 的 热 源 ，这 个 温 度 能 够 使 金 属 氧 化 层 蒸 发 ，让 里 面 有 活 性 的 金 属 暴 露 出 来 。这 种 原 理 适 用 于 火 箭 ，但 是 对 于 汽 车 发 动 机 来 说 ，就 有 问 题 了 ，一 旦 蒸 发 的 金 属 氧 化 物
星 点 火 花 ，也 可 以 点 燃 它们 。 纳 米 粒 子 容 易
燃烧 ，是 因为 它们 的表 面积 与 体积 的 比很 大 。 铁 很 容 易 与 氧 发 生 反 应 ，如 果 很 多 铁 粒 子 同 时 暴 露 在 空 气 中 ，氧 化 产 生 的 热 量 足 以 能 将 其 自
被 还原 为铁 ，氢与 氧结合 成为 水。于是 ，！
大的能 量 。比 奇估计 ，对发动 机进行 改造 ，使
用 一 满 箱 的 金 属 粉 末 制 成 的 燃 料 电 池 ，一 辆 普 通 的 汽 车 可 以 行 驶 相 当 于 汽 油 动 力 汽 车 距 离 的
金 属颗 粒必 须 是纳米 级 的
火箭 已经 在使用 金属粉 末作 ：
如 ，添加少量 的铝能 够 为宇宙飞 ｔ
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就 会 变 得 非 常 活 跃 ， 点 燃 它 们 ，能 够 释 放 出 巨
可 以再充 电的 ，只 需要给用 过的｛
加 一 点 儿 氢 ，电 池 就 能 够 一 次 又 。 烧 了 。这 种 新 燃 料 电 池 不 仅 可 用 刁 还 可 以用 于 其 他 发 动 机 或 者 发 电
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金 属粉 末 ●
另类零碳燃料
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专 家们 认 为 ，在 不 久 的将 来 ，金 属粉 末 将 成 为一 种 “ 零 燃料 ，用 于汽 车发 动机 等 动 力装置 。
美 国 田 纳 西 州 橡 树 岭 国 家 实 验 室 的 研 究 人 员 戴 夫 ・比 奇 正 在 进 行 金 属 燃 料 的 研 究 。他 相 也 就 是 说 ， 没 有 二 氧 化 碳 ， 无 粉 无 氮 氧 化 物 。 此 外 ， 这 种 金 属 燃
导 的研究 小组 曾试 图让 内燃 机使 用 微米 级 （ １
微米 ＝ ０ １ ０万 分 之 一 米 ）的 铁 粉 末 作 燃 料 。他 们 改造 了一 台 发 动 机 ，使 它 可 以 在 高 温 下 发动 ，
结 果发现氧 化物形成 的灰 沉积在 活塞 、汽 缸壁
和 阀 门 上 ， 堵 塞 了 发 动 机 。 由于 找 不 到 解 决 这 个 问 题 的 方 法 ，他 们 只 好 放 弃 了 研 究 。 拉 比诺 夫 后 来 移 居 美 国 ，来 到 橡 树 岭 国 家 实 验 室 工 作 。２ ０ ０ ３年 ， 他 建 议 戴 夫 ・比 奇 和 理 论 家 鲍 比 ・ 普特 一起 来 重 新 研 究 这 个 问 题 。 森 这 样 的 热 量 足 以 做 有 用 功 ，但 不 会 熔 化 合
开始 冷却 ，它就 凝结成 固体并 形成灰 。对于 火
箭 来 说 ，高 温 和 灰 都 不 成 问 题 ，然 而 对 于 任 何
一
种 打 算 燃 烧 金 属 粉 末 的 内燃 机 来 说 ， 这 可 是
大 问题 。
所 罗 门 ・拉 比 诺 夫 也 是 橡 树 岭 国 家 实 验 室 的 研 究 人 员 。早 在 ２ ０世 纪 ８ Ｏ年 代 初 ，他 在 乌 克 兰 基 辅 一 所 工 程 研 究 所 担 任 所 长 时 ， 由 他 领
燃 料 就 可 以再 度 燃 烧 了 。
身点燃 。为了避 免这种情 况 ，在 生产纳米 粒子
的过程中 ，通常给其覆盖上一层保护性 氧化膜。
但 即 使 有 了 这 样 的 氧 化 层 ，纳 米 粒 子 巨大 的 表 面 积 也 意 味 着 ，只 要 有 很 少 的 热 量 ，就 很 容 易 让氧 分 子 穿 过 氧 化 层 并 点 燃 金 属 。 这 样 ，一 旦 纳 米 粒 子 被 火 花 点 燃 ，它 们 就
３信 。更佳 的是 ，由于 纳米 金属燃 料的燃 烧 方
式 与 一 般 化 石 燃 料 不 同 ，它 几 乎 是 没 有 污 染 的 ，
２ ８ 自然与科技 ２ １ 年第１ ０１ 期 总第１３ ８ 期
增 加 额 外 的 动 力 。 另 外 ，金 属 粉 末 燃 料 也 用 在 火箭助飞鱼雷上 。 然 而 ，汽 车 发 动 机 使 用 金 属 粉 末 燃 料 ， 情
成 的 发 动 机 。 更 为 重 要 的 是 ，不 同 于 微 米
这一次他们 使用纳米 级 （ 纳 米 ＝１ １ ０亿分 之一 米 ）的铁粉 末。
在 实 验 中 他 们 发 现 ，５ Ｏ纳 米 大 ／ ｆ铁 粉 末 Ｊｌ ＼￣ ， 要 比 拉 比诺 夫 以 前 使 用 的 比 较 大 的铁 粉 末 容 易 点 wenku.baidu.com — — 把 它 们 加 热 到 ２ ０摄 氏 度 ，即 使 只 有 ５