在推进剂中添加金属颗粒可以提高固体推进剂的能量密度和发动机比冲。纳米铝颗粒由于其高热值、高密度等优点，得到了广泛应用。对于冲击诱导燃烧，强烈能量梯度和温度梯度显著影响了表面反应过程，简单的一维氧化模型不能描述这种各向异性的氧化反应。
传统的实验手段无法全面捕捉冲击波加载下颗粒的传热传质过程，分子动力学作为一种确定性的模拟方法，可以提供原子在相空间的运动轨迹，并通过统计力学得到相应的宏观物理量，如温度、压力等。而反应分子动力学，基于键级的统计以及电荷守恒的基本原理，可以准确的描述键的断裂和生成，为金属氧化机理的研究提供了一个全新的视角。
重点实验室陈东平副教授团队探讨了冲击诱导的各向异性燃烧过程中纳米铝颗粒的氧化行为及机理。颗粒形态演变、传热传质及反应产物的分析，表明冲击诱导效应与冲击强度有很强的相关性。相关论文以题为“Shock-Induced Anisotropic Metal Combustion”刊登在期刊《The Journal of Physical Chemistry C》上，并作为期刊封面发表。
论文链接：http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c02876
暴露在冲击波中的金属颗粒不仅受到通过冲击波本身所带来的压力梯度的影响，还受到冲击波后高速高温气流的影响，从而导致颗粒表面各向异性的快速能量交换，这与传统的均匀氧化理论存在明显差别。
图1.颗粒形态演变。
图2. (a)系统压力及（b）颗粒截面温度密
图3.主要产物的数量。
图4.铝颗粒的点火延迟时间。
通过讨论颗粒的形态演变、热传导和质量扩散、反应产物，将各向异性氧化机理进一步细化为三种模式:扩散氧化(< 2 km/s)、各向异性氧化(2-5 km/s)和微爆炸氧化(> 5 km/s)。第一种模式对应典型的纳米颗粒的各向同性氧化机理。在第二种模式中，激波通过分子碰撞产生各向异性的温度梯度，并在一侧触发点火。进一步增加流速，颗粒发生严重的变形及逸散，即微爆炸现象（第三种燃烧模式）。这三种氧化模式阐述了平动动能对表面反应的影响，拓宽了现有的氧化理论，对各向异性燃烧的进一步研究具有重要意义。
作者及期刊简介
硕士生常晓雅为本文的第一作者，陈东平副教授为通讯作者。
《The Journal of Physical Chemistry C》致力于报道物理化学领域里的先进的实验或数值计算的基础研究，包括含能材料、金属氧化、界面科学、纳米结构中的物理过程等。影响因子4.3。
