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。