更安全的煙花鞭炮

崖子

煙花不單是浪漫

逢年過節(jié)，重大慶典，煙花禮炮是少不了的。當(dāng)我們欣賞絢爛煙花時(shí)，可曾想過美麗背后的科學(xué)？

實(shí)際上，所謂的鞭炮煙花就是炸藥，某些化學(xué)物質(zhì)混合、爆炸，而產(chǎn)生了一時(shí)的聲響、火焰和色彩。煙花通常包含氧化劑和燃料，它們就是引起爆炸的化學(xué)混合物。點(diǎn)火引燃后，即給予了足夠的熱量，氧化劑和燃料就開始反應(yīng)，產(chǎn)生熱量、煙霧，還有其他看不見的生成物，包括二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣和氮?dú)狻?/p>

有的鞭炮煙花里還含有著色劑（即金屬離子），氧化劑和燃料反應(yīng)產(chǎn)生的熱，同時(shí)用來激發(fā)金屬離子。它們就會(huì)發(fā)出各種各樣彩色的光，就是人們通常看到的五顏六色的煙花。常用的金屬離子有5種，即鈉離子（橙黃色）、鈣離子（橘紅色）、鋇離子（綠色）、鍶離子（紅色）和銅離子（藍(lán)色）。

鞭炮煙花雖然絢麗多姿，給人們帶來許多歡樂，但它畢竟是炸藥，還是有一定危險(xiǎn)的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)2015年煙花爆竹造成傷亡人數(shù)高達(dá)1.2萬人，其中11人死亡。有沒有一種辦法，使煙花釋放美麗的同時(shí)，其爆炸的危險(xiǎn)降低呢？這實(shí)際上是一個(gè)悖論。炸藥若更安全，它性能就會(huì)降低，煙花就沒那么絢爛了。而若提高性能，煙花就更漂亮，但也更危險(xiǎn)。

更安全的炸藥

最近，美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室對(duì)這個(gè)棘手難題給出了一個(gè)可靠的解決方案。研究人員發(fā)現(xiàn)了一種高氮化合物，它是一種新材料，具備獨(dú)特的屬性。顧名思義，這種新材料含有大量氮原子，碳或氫原子則很少，它改變了“高性能-不安全”的炸藥模式。

炸藥的基本構(gòu)成成分就是碳、氫、氮和氧原子。研究人員發(fā)現(xiàn)，把它們完全排列成一種新分子時(shí)，就形成一種新材料，具有廣泛的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。它相當(dāng)于一種很強(qiáng)的“膠水”，把各個(gè)分子緊密粘連在一起，但是粘連的度又不太大，恰到好處，若遇到一定撞擊力，各個(gè)分子就會(huì)散開。這種特性使新材料比常規(guī)爆炸物更易于控制，使用更安全，并且分子分離的效果與某些常規(guī)炸藥相當(dāng)。它非常適合制作煙花爆竹。

另外，由于含很少的碳和氫，新材料燃燒時(shí)基本不產(chǎn)生煙霧。這會(huì)減輕對(duì)人類和環(huán)境的傷害，也使它更適合室內(nèi)煙花表演。

近幾年來，用高氮化合物制造低煙的煙花爆竹，已經(jīng)嘗試投入了商用。美式足球超級(jí)杯聯(lián)賽、奧運(yùn)會(huì)和一些音樂會(huì)，都已經(jīng)訂購這種新式煙花，方便在室內(nèi)鳴放，既安全又環(huán)保。另外，新材料還投入軍用研究上，如閃光彈，既能安全增大照明亮度，又能減少煙霧，保護(hù)環(huán)境。