聚合物基Al/CuO纳米铝热剂的制备及表征

为研究聚合物基铝热剂的性能,制备了以GAP-ETPE和F2311作为黏结剂的Al/CuO纳米铝热剂。然后利用油墨直写技术(DIW)配制出固含量高达80%的含能油墨GAP/F2311-MICs(GF-MICs),在此基础上加入高氯酸铵(AP),探索AP/GF-MICs模型推进剂的可打印性,并研究了AP含量对于AP/GF-MICs模型推进剂燃烧性能的影响规律;采用FTIR方法测试了混合黏结剂的相容性和稳定性,通过TG-DSC和静态拉伸研究了GF-MICs纳米铝热剂的热性能,并测试了其流变性和聚合物的力学性能。结果表明,GAP-ETPE与F2311质量比为1∶4时,混合黏结剂的相容性、稳定性和力学性能最好;纳米Al/CuO的加入使得F2311和GAP-ETPE的热分解温度分别提前89.0℃和32.9℃;随着模型推进剂中Al/CuO含量的增加,AP高温分解温度最高提前101.58℃,预先点火反应提前29.68℃,放热量提升135%;GF-MICs能够很好地提高模型推进剂的反应活性和燃烧速率,且当模型推进剂中Al/CuO质量分数由10%增至40%时,到达P max时间缩短了71%,平均燃烧速率提升了293%。

Al/CuO纳米铝热剂加速老化性能研究

目的研究nAl/CuO的组分配比和贮存时间对Al/Cu O纳米铝热剂性能的影响规律。方法采用常用的机械混合方法,制备当量比(Φ)分别为1.0、1.4、1.8的n Al/CuO纳米铝热剂,参考GJB 736.8—90《火工品试验方法71℃试验法》,在温度为71℃和相对湿度为40%的环境条件下,开展nAl/CuO纳米铝热剂加速老化试验。采用XRD、SEM、燃烧速度测试、点火温度测试和密闭爆发器实验等表征和实验手段,对老化前后不同当量比的nAl/CuO药剂进行分析。结果老化后,复合体系形貌发生明显变化,但是组分未发生明显变化。当量比为1.0、1.4的n Al/CuO复合体系老化7 d后,无法可靠传火;当量比为1.0、1.4、1.8的nAl/CuO复合体系,点火温度分别下降26.6%、22.6%、19.2%,燃气的峰值压力分别下降74.6%、80.8%、62.7%,升压速率也有明显下降。结论加速老化会明显改变Al/CuO纳米铝热剂的性能,适度提高当量比或Cu O的含量,有利于增加Al/CuO纳米铝热剂的贮存稳定性,并且随着贮存时间的增加,性能最终趋于稳定。

纳米铝热剂Al/CuO的制备及性能

采用溶胶-凝胶法及超临界干燥技术,以聚丙烯酸(PAA)作为分散剂,1,2-环氧丙烷作为Cu(Ⅱ)离子水解促进剂制备了CuO气凝胶,并在温和、无毒的条件下制备了纳米铝热剂Al/CuO。采用比表面测试法(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、差热分析法(DTA)-差示扫描量热法(DSC)等方法对样品的结构和热反应特性进行表征。结果表明,纳米Al粒子与CuO气凝胶粒子均匀复合,形成Al/CuO。纳米铝热剂Al/CuO的反应放热峰分别出现在598℃和752℃左右,快速燃烧过程伴随明亮火焰。

超级铝热剂Al/CuO前驱体的制备、表征、热分解机理及非等温分解反应动力学

以硝酸铜、无水乙醇、1,2-环氧丙烷和纳米铝粉为原料,在超声振荡条件下,采用溶胶-凝胶法制备了纳米复合含能材料——超级铝热剂Al/CuO的前驱体.利用热重-差示扫描量热-傅里叶变换红外-质谱(TG-DSC-FTIR-MS)联用技术,研究了纳米Al/CuO溶胶-凝胶前驱体的热行为和分解过程及机理.利用不同升温速率下的TG-DTG分析,研究了纳米超级铝热剂Al/CuO的溶胶-凝胶前驱体的热分解反应机理,采用了6种动力学分析方法进行动力学参数计算,得到前驱体分解反应的表观活化能、反应级数、频率因子等动力学参数,纳米Al/CuO前驱体分解反应的动力学方程为:dα/dt=1014.0×4α3/4exp(-2.0×104/T).

共沉淀法制备纳米CuO/Al_2O_3复合粉体

以NH_4HCO_3为沉淀剂、CuSO_4和NH_4Al(SO_4)_2为母液,采用共沉淀法制备CuO/ Al_2O_3复合粉体,用激光粒度分析仪、扫描电镜、X射线衍射仪等研究了母液浓度、沉淀剂浓度、反应温度、pH值等工艺条件对粒径和粒度分布的影响。结果表明:通过控制反应条件,可获得粉体粒径较小、分布较窄的纳米CuO/Al_2O_3复合粉体;最佳工艺参数为反应温度55℃,pH值为7,CuSO_4浓度为0.095 mol/L,NH_4Al(SO_4)2质量浓度为1.67 g/L,NH_4HCO_3浓度为1.52 mol/L,得到的纳米复合粉体的粒径在60 nm左右。

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。

纳米Al/CuO含能复合薄膜的反应性研究进展

亚稳态分子间复合物(Metastable Intermolecular Composites,MICs)具有超高的反应速率、高体积能量密度、微米级的临界反应传播尺寸等优点,在微型含能器件和火箭推进剂等领域展现出广阔的应用前景。纳米Al/CuO含能复合薄膜是当前亚稳态分子间复合物领域的研究热点之一,其利用气相沉积方法进行制备,与含能微机电系统(Microelectromechanical Systems,MEMS)的微细加工工艺兼容,在集成化含能器件方面具有极大的应用前景。本文综述了纳米Al/CuO含能复合薄膜的制备、热性能、燃烧性能、反应动力学以及过渡层对其反应性的影响、含能器件(点火器)及其应用技术方面的研究,并对纳米Al/CuO含能复合薄膜的发展方向进行了展望。

电泳沉积法制备纳米Al/Bi_2O_3铝热剂薄膜的研究

采用电泳沉积法在铜基底上成功沉积了纳米Al/Bi_2O_3铝热剂薄膜。运用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和能谱仪(EDS)等对铝热剂薄膜的物相和形貌进行了测量与分析,并通过对比单位面积铜基底沉积前后的质量、差示扫描量热法(DSC)和激光点火试验分别探讨了沉积时间对铝热剂薄膜的质量、放热性能和燃烧性能的影响。结果表明:电泳沉积法制备的Al/Bi_2O_3铝热剂薄膜具有良好的薄膜形貌,且纳米颗粒分散均匀。沉积时间在10 min以内时,薄膜沉积速率稳定在0.785 mg/(cm^2·min)时,单位质量的薄膜放热量不变;沉积时间超过10 min后,薄膜沉积速率下降,改变了铝热剂的当量比,导致单位质量的薄膜放热量减少,薄膜燃烧的火焰强度下降;确定最佳的沉积时间为10 min。

Al/Fe_(2)O_(3)纳米铝热剂界面结构和稳定性的周期性密度泛函理论研究

纳米铝热剂是一类应用广泛的含能复合材料,系统研究其界面结构与性能的关系,对制备性能更优的新型铝热剂有重要指导意义。采用周期性密度泛函理论方法研究了Fe_(2)O_(3)(104)和Fe_(2)O_(3)(110)表面的结构、表面能以及由它们与Al(111)表面构成的Al/Fe_(2)O_(3)界面(AFS1、AFS2、AFS3、AFS4和AFS5)的结构、黏附功和键合特征。结果表明,Fe_(2)O_(3)(104)和Fe_(2)O_(3)(110)的O原子暴露表面更稳定,它们与Al(111)构成的界面AFS1和AFS5在所研究的5种界面中也最稳定,分别具有最大的黏附功(3.92 J·m^(-2)和3.02 J·m^(-2)),且AFS1比AFS5更稳定。在这两种最稳定的界面中,Al原子都是堆积在Fe_(2)O_(3)表面O原子的顶位,界面键合主要是通过Al‑O离子键作用。

DNA自组装制备CuO/Al纳米复合含能材料

为了制备结构均匀且热性能优异的纳米复合含能材料,采用脱氧核糖核酸(DNA)自组装法在室温和水相中制备了CuO/Al纳米复合含能材料。采用红外光谱(FT?IR)、动态光散射(DLS)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)以及差示扫描量热仪(DSC)表征了纳米复合含能材料的结构及热反应性能。结果表明,通过DNA自组装法成功制备了一种微观结构更均匀的CuO/Al纳米复合含能材料;DNA自组装样品与同配比物理共混样品相比具有更高的反应热,且当φ=1.6时,自组装样品反应热达到1520 J?g^(-1),比同配比物理共混样品(999 J?g^(-1))提高52.15%。

水溶液中电泳沉积制备纳米铝热剂Al/Fe_2O_3

采用柠檬酸和丙烯酸分别作纳米Fe_2O_3和纳米Al的分散剂,利用电泳沉积方法在水溶液中制备Al/Fe_2O_3纳米铝热剂。与采用有机溶剂相比,该实验电压和电泳时间降至20V及10min。利用SEM、XRD、FT-IR、Zeta电位和TG-DSC对样品进行表征。结果表明:纳米Fe_2O_3和纳米Al表面均修饰有羧基,在水溶液中能较稳定存在;悬浮液中Al∶Fe_2O_3(摩尔质量比)为5∶1时放热量最大,达到5973J/g。

BiOF的掺入对n-Al/CuO纳米铝热体系性能的影响

为了提高n-Al/CuO体系的增压能力,改善其点火性能,选用含氟氧化剂氟氧化铋(BiOF)作为典型铝热体系n-Al/CuO中CuO的替代,并将BiOF成功复合于n-Al/CuO体系中。分别使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)研究了复合材料的微观结构、晶体结构特征和表面元素组成及价态。使用高速摄影、高速红外热像仪和压力传感器研究了复合体系在限制条件下的火焰传播速率、点火温度和增压性能。结果表明,BiOF可以在n-Al/CuO体系中作为CuO的良好的替代物。当BiOF的替代质量分数为9%时,体系在限制条件下的火焰传播速率从385 m/s提高至478 m/s,提高了24.1%;输出的峰值压力从1.32 MPa提高至1.51 MPa;增压速率从43 MPa提高至72 MPa;点火温度也得到显著的下降。总之,作为CuO的替代物,BiOF可以有效改善n-Al/CuO的点火性能,并提升体系在限制条件下的能量输出能力。

掺杂La_(2)O_(3)的Al/CuO铝热剂的反应特性

为了研究La_(2)O_(3)对Al/CuO铝热剂反应特性的影响,采用机械混合法制备了不同氧平衡状态,即当量比(φ)分别为1.0,1.4和1.8下的Al/CuO铝热剂,并分别掺杂2%,5%,10%,20%和30%的La_(2)O_(3)。利用扫描电子显微镜(SEM)、X⁃射线能谱仪(EDS)、X⁃射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)分别对未掺杂和掺杂La_(2)O_(3)的Al/CuO铝热剂的微观形貌、元素种类、物相以及放热过程进行了研究,采用燃烧管实验、T⁃jump快速升温点火实验和密闭爆发器实验对其燃烧特性和产气性能进行了对比分析。结果表明,零氧平衡状态(φ=1.4)下,掺杂La_(2)O_(3)的Al/CuO铝热剂发生铝热反应的起始温度和峰值温度明显低于未掺杂La_(2)O_(3)的Al/CuO铝热剂;掺杂2%La_(2)O_(3)的Al/CuO铝热剂放热量为1772 J·g^(-1),较未掺杂La_(2)O_(3)的Al/CuO铝热剂放热量1540 J·g^(-1)增长了15.1%。正氧平衡状态(φ=1.0)下,掺杂2%La_(2)O_(3)的Al/CuO铝热剂燃速为90.8 m·s^(-1),比未掺杂La_(2)O_(3)的Al/CuO铝热剂燃速61.9 m·s^(-1)增长了46.7%。Al/CuO铝热剂的点火温度随La_(2)O_(3)掺杂量的增加呈现上升的趋势。掺杂La_(2)O_(3)对Al/CuO铝热剂的产气性能有不同程度的改善,其中,正氧平衡状态(φ=1.0)和负氧平衡状态(φ=1.8)下,峰值压力较未掺杂时分别上升了34.5%和13.7%,对φ=1.4的铝热剂,产气性能改善不明显。火焰传播结果显示,La_(2)O_(3)的掺杂会改变Al/CuO铝热剂的火焰传播模式,随着掺杂量的增加,Al/CuO铝热剂燃烧状态由爆燃变为缓燃,能够作为一种燃烧速度和能量释放速率的控制手段。

Si-Bi_2O_3对Al-CuO铝热剂点火性能的影响

为进一步提高铝热剂的放热能力,并降低其点火阈值,文章采用差热分析法(DTA),以Si-Bi_2O_3混合物为敏化剂,研究了不同粒径、质量比的Al-CuO铝热剂的点火温度。结果表明:采用Si-Bi_2O_3作为敏化剂可使铝热反应的激发温度大幅度降低;纳米级铝粉可使所制成的敏化铝热剂的激发温度进一步减小,体系中Al/CuO/Si/Bi_2O_3质量比为14.7/65.3/4/16(wt.%)时,此温度低至613℃,是一种较优的配方。以上结果可为今后铝热剂和起爆药的发展提供指导作用。

超级铝热剂Al／Fe2O3的制备、表征及对环三亚甲基三硝胺热分解的影响

采用水热法制备了中空短棒状纳米Fe2O3,并用超声分散法将其与纳米Al颗粒复合为单金属氧化基超级铝热剂.利用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电镜及能量散射光谱仪(SEM-EDS)对样品进行表征.并运用差示扫描量热法(DSC)对比研究了超级铝热剂Al/Fe2O3、Al粉和纳米Fe2O3对环三亚甲基三硝胺(RDX)热分解特性的影响.结果表明:超级铝热剂的加入改变了RDX的热分解过程,并加剧了RDX的二次气相反应;随着超级铝热剂含量的增加,RDX的分解峰峰形发生了明显的改变;Al/Fe2O3、Al粉和Fe2O3对RDX热分解的作用主要表现为二次分解峰逐渐明显且峰温降低.

Al/PVDF-Al/CuO/PVDF层间堆积多层膜的制备及其燃烧性能研究

为了研究Al/CuO铝热剂的高能量释放速率对Al/PVDF薄膜燃烧性能的影响,采用静电喷雾沉积法将Al/CuO/5%PVDF或Al/CuO/10%PVDF铝热剂与Al/PVDF薄膜原位层间堆积得到多层复合薄膜,通过调控Al/CuO/PVDF铝热剂的组成结构和厚度来调控该薄膜的燃烧性能,获得了该多层薄膜的线性燃速、可视化火焰温度和归一化热密流随铝热剂组成和厚度的变化规律。结果表明,铝热剂的组成和厚度直接决定薄膜的燃速大小和燃烧传热方式,除了Al/PVDF-Al/CuO/5%PVDF 3层薄膜表现为对流燃烧,燃速(104±10)cm/s,火焰温度2700K,其他多层薄膜的燃速只有5.5~12.0cm/s、火焰温度只有1570~1700K,Al/PVDF层对Al/CuO/5%PVDF或Al/CuO/10%PVDF层的紧密约束将铝热剂燃烧的对流传热方式可能转化为热传导和热辐射传热。Al-PVDF反应和Al-CuO反应之间的相互作用削弱了Al/CuO/PVDF铝热剂的高能量密度和高能量释放速率优势。

基于Cu阻挡层的Al/CuO含能半导体桥的电爆性能研究

界面层的反应性是纳米含能复合薄膜(RMFs)制备中的重要因素,直接影响纳米RMFs的反应性能。为了研究纳米Al/CuO RMFs在半导体桥上集成后的电爆性能,采用磁控溅射工艺制备了Al/CuO含能半导体桥(Al/CuO-ESCB)和Al/Cu/CuO含能半导体桥(Al/Cu/CuO-ESCB),研究了Cu层作为阻挡层对Al/CuO-ESCB电爆过程的影响。结果表明:增加Cu阻挡层可以缩短ESCB的临界激发时间,增加ESCB的燃烧时间。

纳米CuO的制备及其在微孔装药中的应用

采用常温固相反应法在聚乙二醇2000作为分散剂条件下制备了纳米CuO,用超声共混法制备了纳米Al/CuO。借助X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等方法对所制备样品的性能进行表征和分析。结果表明：制备的纳米CuO结构形貌统一,类似八面体结构,一次粒径在30nm左右,和球形的纳米Al粉混合均匀,形成纳米Al/CuO,团聚后在100-200nm之间,差热分析（DTA）其放热量为2 798J·g^-1。将纳米Al/CuO配制成含能油墨,用喷墨打印装置实现了药室直径为0.7mm、厚度为1mm的10×10阵列装药,并研究了纳米Al/CuO在微孔装药中的应用。结果表明,纳米Al/CuO在微孔中能稳定燃烧,燃烧时间在微秒级,火焰长度约为2-4cm,燃速约为0.1429m/s。

Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物的热分解特性

为了获得Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物的热分解反应特性,以环己烷为分散剂,采用超声混合工艺制备了Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物;通过差示扫描量热法(DSC)对其热性能、热分解反应动力学进行了研究,并对纳米铝热剂Al/Fe_(2)O_(3)对RDX的热催化反应机理进行了探讨。结果表明,Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物的起始热反应温度大于200℃,具有良好的热安定性;在Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物的热分解过程中,纳米Fe_(2)O_(3)对RDX的热催化分解作用大幅降低了RDX的分解活化能,导致其热分解反应温度降低;与原料超细RDX热分解相比,Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物中RDX的分解活化能降低了41.63 kJ/mol;多孔高比表面积的纳米Fe_(2)O_(3)与RDX中N—NO 2键的硝基N形成配位络合物,导致RDX中N—NO 2的断裂,加速了RDX的分解,对Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物的热分解反应起着促进作用。

Al/CuO复合半导体桥静电安全性研究

为了研究Al/CuO复合半导体桥(简称Al/CuO-SCB)的静电安全性,分别对不同桥型的Al/CuO-SCB进行静电放电实验及研究。结果发现:在500pF、5kΩ、25kV静电放电条件下,不同桥型的Al/CuO-SCB均未发火;小尺寸的Al/CuO-SCB在相同静电作用下桥膜容易受到损伤,并且经过静电放电后的Al/CuO-SCB的爆发时间和爆发所需能量均没有发生显著性差异。比较Al/CuO-SCB和未加Al/CuO含能薄膜层的半导体桥静电实验结果,得出Al/CuO含能薄膜层没有影响半导体桥的静电安全性。