Creation of innovative energetic materials and precise control of ignition and burning based on ultra high speed reaction theory

本研究の目的は，申請者らのグループが実施してきた凝縮相エネルギー物質の爆発燃焼現象に関する研究を深化・推進し，実験による測定値を用いることなく純理論的に高速反応現象を再現し得る詳細反応モデリング技術の構築により高速反応の学理を構築し，世界初となるイオン液体系エネルギー物質(EILs)の創製に挑戦するものである。示差走査熱量測定によりアンモニウムジニトラミド(ADN)/ヒドロキシエチルヒドラジニウム硝酸塩(HEHN)系の液体保持温度(ガラス転移温度)が約-70 ℃であることがわかった。これはこれまで知られていたADN系EILsの融点・ガラス転移温度と比較して極めて低い温度であり，極低温の宇宙環境での利用を想定したときに優れた特性である。分解熱特性については，ADN/HEHNは既存のEILsと比較して顕著な熱安定性の低下は見られず，分解発熱量も高いことから極めて高い燃焼性能が期待できた。電圧印加による着火についても，既存のEILsよりも短い着火遅れ時間で着火に至ることがわかり，より低い投入エネルギーと短い応答性で着火可能であることが示された。電圧印加時のADN/HEHN 系EILsの着火挙動を詳細計測するために火炎温度，電流電圧に高速度撮影を同期させる実験計測系を構築した。特に，極細熱電対と温度補償の組み合わせによる高精度火炎温度測定を達成し，当該測定系を用いて水分量，雰囲気圧力等の各種環境条件がEILsの着火挙動に与える影響を評価した。また，最適な電極材の提案に向け，白金，ステンレス鋼，ニッケル合金を電極材として用いた検討を行い，着火時間，電流挙動，消費電力への影響を把握した。最後に3Dプリンターを用いて試作した宇宙機用スラスター燃焼器内でのEILsの燃焼実験も行い，電圧印加によりEIL推進剤を着火・燃焼させ，実際に推力が得られることを確認することができた。

本研究の目的は，申請者らのグループが実施してきた凝縮相エネルギー物質の爆発燃焼現象に関する研究を深化・推進し，実験による測定値を用いることなく純理論的に高速反応現象を再現し得る詳細反応モデリング技術の構築により高速反応の学理を構築し，世界初となるイオン液体系エネルギー物質(EILs)の創製に挑戦するものである。示差走査熱量測定によりアンモニウムジニトラミド(ADN)/ヒドロキシエチルヒドラジニウム硝酸塩(HEHN)系の液体保持温度(ガラス転移温度)が約-70 ℃であることがわかった。これはこれまで知られていたADN系EILsの融点・ガラス転移温度と比較して極めて低い温度であり，極低温の宇宙環境での利用を想定したときに優れた特性である。分解熱特性については，ADN/HEHNは既存のEILsと比較して顕著な熱安定性の低下は見られず，分解発熱量も高いことから極めて高い燃焼性能が期待できた。電圧印加による着火についても，既存のEILsよりも短い着火遅れ時間で着火に至ることがわかり，より低い投入エネルギーと短い応答性で着火可能であることが示された。電圧印加時のADN/HEHN 系EILsの着火挙動を詳細計測するために火炎温度，電流電圧に高速度撮影を同期させる実験計測系を構築した。特に，極細熱電対と温度補償の組み合わせによる高精度火炎温度測定を達成し，当該測定系を用いて水分量，雰囲気圧力等の各種環境条件がEILsの着火挙動に与える影響を評価した。また，最適な電極材の提案に向け，白金，ステンレス鋼，ニッケル合金を電極材として用いた検討を行い，着火時間，電流挙動，消費電力への影響を把握した。最後に3Dプリンターを用いて試作した宇宙機用スラスター燃焼器内でのEILsの燃焼実験も行い，電圧印加によりEIL推進剤を着火・燃焼させ，実際に推力が得られることを確認することができた。