纳米Al/MnO_(2)亚稳态分子间复合薄膜的电泳沉积制备及热性能

为将纳米Al/MnO_(2)亚稳态分子间复合物(Metastable intermolecular composite,MIC)薄膜应用于微机电系统,采用水热法制备了MnO_(2)纳米棒和MnO_(2)纳米线,采用电泳沉积技术(Electrophoretic deposition,EPD)制备了纳米Al/MnO_(2)MIC薄膜,对其结构、微观形貌以及热性能进行表征分析,并开展不同悬浮液浓度及电场强度下Al/MnO_(2)MIC薄膜的沉积动力学研究。结果表明:沉积的MIC膜均匀致密,无明显裂纹;纳米Al在薄膜中处于过剩状态;Al/MnO_(2)纳米棒薄膜的放热量高于Al/MnO_(2)纳米线。在沉积电压(或悬浮液浓度)不变的情况下,沉积质量与沉积时间呈抛物线关系,Al/MnO_(2)纳米棒的沉积效率高于Al/MnO_(2)纳米线。研究表明EPD法是制备纳米Al/MnO_(2)MIC薄膜的理想方法,具有应用于微机电系统领域的潜力。

Al/PTFE亚稳态分子间复合物的制备及其在高温水蒸汽中的反应性能研究

为了提高铝与高温水蒸汽的反应活性,采用机械球磨法在不同球磨时间下制备得到了铝基聚四氟乙烯亚稳态分子间复合物(Al/PTFE);通过扫描电镜、激光粒径分析仪、X射线衍射、同步热分析仪研究了Al/PTFE的微观形貌、晶型及氧化性能;利用水蒸汽反应装置研究了Al/PTFE在高温水蒸汽中的点火性能;用扫描电镜、激光粒径分析仪、X射线衍射分析仪研究了Al/PTFE燃烧产物的微观形貌及组成。结果表明,Al/PTFE复合物的形貌随球磨时间的增加由片状向块状转变,粒度随球磨时间的增加而减小;3h球磨制备的Al/PTFE复合物与高温水蒸汽反应时展示出最佳的反应活性,反应产物的中值粒径(D_(50))为17.2μm;3h球磨制备的Al/PTFE复合物在600℃和700℃高温水蒸汽下的点火延迟时间分别为29s和15s,且点火温度比1h和5h球磨制备的Al/PTFE更低。

双层核壳结构Al/PVDF/MO亚稳态分子间复合物的制备、表征及其热反应特性研究

为提高铝粉释能速率与释能效率,采用两步低温液相法制备了双层核壳结构的Al/PVDF/NiO和Al/PVDF/CuO亚稳态分子间复合物(MIC);通过XRD和XPS分析了复合材料的晶体结构特征和表面元素组成及价态;通过SEM和FIB-SEM分析了复合材料的微观结构特征及组分间的复合方式;采用氧弹量热仪测试了不同MIC材料的燃烧热;通过同步热分析量热仪(TG-DSC)研究了不同MIC材料的热反应特性。结果表明,两种MIC材料均为双层核壳结构的花球状形貌,包覆层厚度约为300nm;Al/PVDF/NiO和Al/PVDF/CuO复合物的初始氧化放热峰温分别为990℃和997℃,热反应活性明显提升;复合物放热量大幅提升且放热更为集中;与Al粉相比,Al/PVDF/NiO和Al/PVDF/CuO复合物的氧化反应速率和燃烧效率大幅提升,氧化反应速率分别提升了77.4%和78.5%;燃烧效率分别是Al粉的4.4倍和5.1倍,证明双层核壳结构能够最大程度地提高MIC材料的热反应活性,使放热反应过程更加集中,有助于提升热反应速率和反应效率。

含亚稳态分子间复合物的炸药装药增材制造

为了提高混合炸药装药的密度和爆热值,通过3D打印技术对高能球磨法制备的Al/CuO和Al/PTFE/CuO稳态分子间复合物(MIC)体系进行了MIC金属环的增材制造,并对含高热效应MIC金属环的径向梯度炸药装药进行了快速成型。通过电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)、热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)等手段分别对机械球磨法制备的MIC体系(Al/CuO、Al/PTFE/CuO)复合粒子的微观结构、热分解行为、燃烧产气性能、MIC环的微观结构、密度和尺寸以及含MIC环的炸药装药的密度和爆热进行了测试表征。结果表明,高能机械球磨法制备的MIC体系中各个粒子分布均匀,未出现团聚现象,并且两者在受热过程中均表现为良好的放热行为,燃烧时具有较高的峰值压力(p_(max))和增压速率;增材制造的MIC环结构完整性较好,密度较高,并且SEM显示MIC环中各个粒子分布均匀,堆积密实,无裂痕、孔洞等明显缺陷;含Al/CuO和Al/PTFE/CuO MIC环的双层结构径向梯度炸药装药药柱的密度分别为2.18g/cm^(3)和2.16g/cm^(3),爆热分别为8373kJ/kg和8940kJ/kg,相比于纯CL-20/HMX基药柱,密度分别提高了24.8%和23.7%,爆热值分别提高了3.97%和11.01%。

石墨烯量子点自组装制备硅基亚稳态分子间复合物及其放热性能研究

亚稳态分子间复合物因其具有较高的能量密度在军事与民用领域受到广泛应用.本文作者利用石墨烯量子点(graphene quantum dots,GQDs)作为自组装媒介制备Si/GQDs/Fe2O3纳米复合物,并研究了所制备复合物的形貌与放热性能,同时讨论了不同分散剂对所制备的复合物形貌与放热量的影响.结果显示,以水/异丙醇混合物作为分散剂并通过GQDs自组装制备的亚稳态分子间复合物放热量达到 1 817.5 J/g.对比发现Si与Fe2O3纳米颗粒在水/异丙醇混合物中良好的分散性与二者表面通过GQDs构建的紧密接触是实现放热量提高的主要原因.

石墨烯量子点在提升亚稳态分子间复合物放热性能中的应用

设计两步法,采用石墨烯量子点作为自组装媒介,并以异丙醇作为分散剂制备Al/CuO亚稳态分子间复合物。在有机体系中所制备的复合物其放热量明显高于在水体系中制备的对应样品,其原因来自于Al与CuO纳米颗粒通过有机体系自组装获得的更多的组分间接触面积。进一步地,通过使用乙酸对Al纳米颗粒外侧Al2O3氧化层进行刻蚀,复合物的反应放热量与瞬时热流率得到提高。

基于亚稳态分子间复合物（MIL）技术的无铅击发药

无铅击发药和含有无铅击发药的枪弹底火。无铅击发药由外涂层为氧化铝的铝粉约45％和三氧化钼粉的混合物，或是由外涂层为氧化铝的铝粉约50％和聚四氟乙烯粉的混合物构成。铝粉、三氧化钼粉和聚四氟乙烯粉的颗粒尺寸为0．1μm或小于0．1μm。颗粒尺寸优先选择200～500埃(A)。

Fe_2O_3-Al纳米铝热剂与超细RDX复合物的制备与性能

采用溶胶-凝胶方法,制备出了纳米铝热剂nano-Fe2O3-Al,并获得了其与超细RDX的复合含能材料nanoFe2O3-Al/SFRDX。采用BET法、SEM、XRD综合表征了nano-Fe2O3-Al的结构,采用TG/DSC联用技术测试了nano-Fe2O3-Al的热性能,结果表明气凝胶铝热剂的反应温度更低;nano-Fe2O3-Al的静电火花感度测试结果表明纳米铝热剂对静电十分敏感。对nano-Fe2O3-Al/SFRDX在无约束条件和密闭条件下的燃烧行为进行了研究,高速相机照片法发现在无约束条件下,nanoFe2O3-Al燃烧高达300 m/s,且nano-Fe2O3-Al/SFRDX具有在无约束条件下由燃烧转为爆轰的趋势。

亚稳态分子间复合物Al/Bi_2O_3及其应用

具有输出压力较高、燃烧效率高、能量释放速率快、安全环保等特点的亚稳态分子间复合物(MIC)Al/Bi_2O_3,在新型火工药剂、炸药和推进剂等含能材料研究领域具有良好的应用前景。本文系统概括了亚稳态分子间复合物Al/Bi_2O_3的反应机理模型、制备方法及其应用。首先介绍并比较了MIC的几种反应机理及模型,详述了目前能够较合理地解释和计算Al/Bi_2O_3输出压力的CJ爆轰模型和热平衡模型。然后综述了纳米Bi_2O_3及Al/Bi_2O_3的制备方法,通过改变制备方法可以获得不同形貌、结构和燃烧性能的纳米Al/Bi_2O_3。同时,分析了反应物粒径和添加物对纳米Al/Bi_2O_3燃烧性能的影响。此外,简要介绍了纳米Al/Bi_2O_3的应用研究进展。最后,对亚稳态分子间复合物Al/Bi_2O_3的研究现状进行了总结,并展望了未来可能的发展前景和方向。

亚稳态分子间复合物反应机理研究

亚稳态分子间复合物(metastable intermolecular composite,MIC)由于具有超高反应燃烧速率及能量释放速率、高体积能量密度、低扩散距离和绿色环保等优点,在微型含能器件、火箭推进剂和绿色火工药剂等军用领域展现了很好的应用潜力。其反应机制与传统的含能材料不同,且具有超高速反应的瞬时性及复杂性,对其反应机理仍然缺乏清晰的认识,这限制了其应用研究的进展。本文对近年来亚稳态分子间复合物的反应机理研究进行综述,重点讨论具有代表性的"金属-氧翻转机理"和"预点火-熔结机理"。对于MIC材料的反应机理研究,本文主要从实验研究、理论模型研究和数值模拟研究三个方面进行分析。改性MIC材料是对材料性能进行调控的重要手段,是目前及未来的重要发展趋势之一,在论文最后对其反应机理做了重点叙述。通过对当前研究现状的归纳与分析,给出了当前的重要研究成果以及研究中出现的问题,并对未来的研究发展趋势进行了展望。

纳米复合含能材料的制备方法、复合体系及其性能的研究进展

纳米复合含能材料是目前世界各国军事领域重点发展的新型含能材料。纳米复合含能材料的特征主要体现在纳米级到原子级上的反应性组分的紧密混合,其具有比表面积大、化学反应活性高、扩散距离短、反应物之间接触面积很大等优点,促进了复合含能材料的快速燃烧和高效能量释放。纳米复合含能材料的高能量密度以及高能量释放速率吸引了研究人员的广泛关注,因此纳米复合含能材料的制备研究发展迅速。常用的制备方法有溶胶-凝胶法、高能球磨法、溶剂-非溶剂法、喷雾干燥法、超临界流体法等;新型的制备方法有喷雾闪蒸、两步法、自组装法等。另外,将多种制备工艺相结合以制备性能更优异的纳米复合含能材料也是一种途径。纳米复合含能材料体系主要有四种:(1)单质炸药/氧化剂分散在连续介质中的纳米复合材料;(2)亚稳态分子间复合物(MICs);(3)碳纳米管基复合含能材料;(4)纳米多孔硅/氧化剂复合含能材料。根据不同复合体系的反应物特点,需要选用适宜的制备方法,同时,不同的复合体系也有其适合的应用领域。本文从纳米复合含能材料的制备方法、纳米复合含能材料的复合体系及其性能两方面,详尽地介绍了纳米复合含能材料的常规制备方法和新型制备方法,并归纳了四类主要复合体系的组分特点及典型配方性能。

Al/CuO纳米线阵列材料的制备及表征

对基于热氧化法的CuO纳米线阵列的生长进行了研究,考察了热氧化温度、时间、镀膜工艺和热退火等因素对纳米线生长的影响,得到了适合CuO纳米线生长的最佳条件,并推测了可能的生长规律和生长机理。此外,将PVD技术和硅基平面工艺相结合制备了Al/CuO纳米线含能阵列,并进行了表征和点火测试。

墨水直写增材制造技术及其在含能材料领域的研究进展

系统介绍了墨水直写(DIW)增材制造技术及其在含能材料领域的应用,重点综述了近年来DIW技术在亚稳态分子间复合物(铝热剂、铝-氟聚物)、复杂异型火炸药装药结构(固体推进剂装药、炸药装药)及火工品药剂中的研究进展,并提出与之相关的机遇和挑战。指出DIW技术在一定程度上能够弥补传统装药技术的不足,在新型多孔/特殊结构装药和能量密度递变的火炸药装药研发与制造方面极具开发应用潜力,未来可进一步加强增材制造火炸药配方应用基础研究、光-热协同固化体系研究以及弹药壳体-装药一体化制造等方面的研究,为我国新型、高精度战略武器装备的发展提供新思路与技术途径。

Ti纳米颗粒对Al/CuO基叠层薄膜燃烧行为的影响

为降低亚稳态分子间复合物的点火能量,利用抽滤的方式制备了一系列不同Ti掺杂浓度(10%~30%)的Al-Ti/CuO叠层薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、激光点火和差示扫描量热仪(DSC)对其形貌、化学成分及燃烧行为进行了测试,并分析Ti纳米颗粒在Al/CuO叠层薄膜中的作用机制。结果表明:Ti纳米颗粒的添加降低了Al/CuO叠层薄膜的点火阈值,其中20%Ti添加量的叠层薄膜点火阈值仅为21.2 mJ,相比Al/CuO降低了约36%。但过量添加Ti纳米颗粒会导致大量微米级球状烧结结构的生成,该结构会包裹未反应的纳米铝颗粒,阻碍其能量的释放和后期火焰的传播。

静电自组装GO/Al/CuO的制备与性能研究

采用Modified Hummers法制备氧化石墨烯(GO),利用氧化石墨烯的静电力作用,静电自组装制备了GO/Al/CuO亚稳态分子间复合物。对样品的微观形貌、结构和热反应特性及感度进行研究测试。结果表明:自组装法增大了组分粒子的接触,纳米Al和纳米CuO粒子均匀负载在GO片层;与物理混合法相比,静电自组装制备的GO/Al/CuO反应放热量达到1 394 J/g,提高了61.34%,撞击、摩擦和火焰感度均有所降低。

火焰法制备Al/MoO_3纳米片阵列的影响因素

亚稳态分子间复合物（MIC）阵列由于具有高能量密度、小尺寸条件下能自持反应的优点,在集成化火工品方面具有潜在的应用价值。采用火焰法在硅基底上原位制备了高度有序的MoO3纳米片阵列,探讨了基底材料、纳米阵列生长时间、火焰源因素对生成MoO3形貌的影响,得到了 MoO3纳米片阵列的优化制备工艺条件： 以硅片为基底,生长时间为5 min和甲烷为火焰源。制备的纳米片厚度为100~200 nm,宽度约5 μm,长度达到十几个微米。分别采用磁控溅射和热蒸发在MoO3纳米片阵列表面镀铝得到Al/MoO3 MIC阵列,在铝膜厚度相同的情况下,采用热蒸发镀铝方式优于磁控溅射。热蒸发铝膜厚度为900 nm时,所获得的Al/MoO3 MIC阵列具有较高的放热量,达到3276 J·g-1。