多尺度界面可调型Al-RDX含能复合物的制备及其热分解特性

基于氧化剂/燃料一体化设计理念,在对Al颗粒进行表面修饰的基础上,采用声共振和喷雾干燥技术成功制得了多尺度界面可调半嵌入型Al/RDX和全嵌入型Al@RDX复合颗粒。通过扫描电子显微镜(SEM)等技术对复合颗粒的形貌、密度和燃烧热进行表征,并利用热红同步热分析仪(DSC-TG-FT-IR)对其热分解过程及气相产物进行了研究。研究结果表明:与机械混合物相比,复合颗粒密度基本保持不变,但燃烧热分别提升至17.31 kJ/g和18.82 kJ/g. DSC结果表明两种方式均可提高RDX的热分解放热量:铝粉嵌入未改变RDX的气相分解产物种类,但其中HCHO的相对含量有所增加:嵌入铝粉后RDX第一分解阶段均由二维成核增长模型(A2)转变为链断裂模型(L2):全嵌入型Al@RDX的第二分解阶段则转变为自催化模型(AC)。

石墨烯基联四唑含能配位聚合物的制备、表征及催化活性

采用溶剂热法制备了一系列新型石墨烯基联四唑钝感含能配位聚合物,该含能配位聚合物以钴和镍两种金属离子为典型配位中心,氧化石墨烯(GO)为结晶掺杂物,配体选用1,1′-二羟基-5,5′-联四唑(DHBT)和5,5′-联四唑(H2BT)。通过调节合成工艺参数,成功制备出GO-Co-DBT、GO-Co-BT、GO-Ni-DBT、α-GO-Ni-BT与β-GO-Ni-BT五种含能催化剂。采用粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)/能谱(EDS)和差热扫描量热仪(DSC)-热重分析仪TG等技术对这五种含能催化剂形貌结构进行了表征,并采用DSC-TG研究了GO-Co-DBT、GO-Co-BT、GO-Ni-DBT、α-GO-Ni-BT对高氯酸铵(AP)和黑索今(RDX)催化热分解性能的影响。结果表明,石墨烯诱导联四唑配合物结晶可减少晶体缺陷,从而降低热点产生几率,提高热稳定性。其中,GO-Co-DBT、GO-Ni-DBT与GO-Ni-BT分解温度高于200℃。石墨烯基联四唑配合物含能催化剂对AP与RDX的热分解反应具有显著的催化作用,通过转移O元素与NH4^+反应来提高生成NH3和H2O的反应深度,使AP两个放热峰重叠,总放热量增加,催化效应显著。AP的归一化放热量增至2757.0 J·g^-1,转晶对应的吸热峰热值降低至23.2 J·g^-1,RDX的归一化放热量提高至2898.0 J·g^-1,相对于纯AP,RDX放热量提高50%以上,在保证催化效果的同时提高体系的热稳定性。

Enhancing the Combustion Performance of Metastable Al@AP/PVDF Nanocomposites by Doping with Graphene Oxide

利用喷雾造粒技术制备了一类新型的亚稳态分子间复合含能材料(metastable intermixed composite,MIC)。这种复合材料由铝(Al)、高氯酸铵(ammonium perchlorate, AP)和聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride, PVDF)组成,其中Al作为燃料,AP和PVDF共同作为氧化剂,并根据最大反应放热量确定AP和PVDF的添加比例。此外,在材料中还掺杂了少量的氧化石墨烯(graphene oxide, GO)充当润滑剂和催化剂。结果表明,含有0.2%氧化石墨烯的Al@AP/PVDF具有最大的密度(2.57 g·cm^-3)和最高的反应放热量(5999.5 J·g^-1)。这些值远高于Al@AP/PVDF的密度(2.00 g·cm^-3)和反应放热量(5569.8 J·g^-1)。氧化石墨烯的加入提高了Al@AP/PVDF的反应速率并改善了其热稳定性。掺杂0.2%氧化石墨烯的Al@AP/PVDF使得火焰传播速率达到了4.76 m·s^-1,相对于Al@AP/PVDF的火焰传播速率提高了约10.7%。掺杂氧化石墨烯的Al@AP/PVDF(Al@AP/PVDF-GO)具有更好的界面接触和颗粒分散性,从而提高了传热速率,消除了纳米铝(nano-Al)粉微粒的团聚现象,提高了燃烧反应速率。本研究使得铝基MIC的能量释放和燃烧效率得到了提高。