微流控合成与制备含能材料的发展思考

微流控(Microfluidics)是指在数十到数百微米的微尺度上操作和控制流体的科学和技术。与微流控概念密切相关的还有微反应器、流动化学、微化工等。这些领域研究的侧重点有所不同,但共性都是基于化学芯片、微通道、微结构等形成的微尺度流体开展工作,因此本文将它们统称为微流控技术。

低燃速压力指数做功类火工药剂研究

以降低做功类火工药剂斯蒂芬酸钡(BaTNR)的燃速压力指数为主要研究目的,利用氧平衡和热力学计算设计了BaTNR和高氯酸铵(AP)作为药剂的基础组分,制备了流散性更好的羧甲基纤维素改性BaTNR(C-BaTNR),基于催化反应原理开展了降低药剂燃速压力指数研究。采用热分析方法研究了药剂的放热反应特性,利用密闭爆发器定容燃烧试验装置开展了药剂的燃烧性能试验研究。研究结果表明:在C-BaTNR中添加AP后,药剂的放热反应滞后、放热量减小,有利于减小其燃速压力指数;添加硬脂酸铅(St-Pb)能够有效抑制C-BaTNR/AP放热反应的进行,因此显著降低了药剂的燃速压力指数。当压力为1~12 MPa时,添加St-Pb的C-BaTNR/AP的压力上升时间为7.47 ms,燃速压力指数为0.51。

叠氮化铜含能材料研究进展

新型含能器件微型化、芯片化、集成化、智能化的发展趋势对火工药剂提出了更高的要求,含铅类起爆药的毒性问题也日益引发担忧。长期以来受制于较高的敏感性而未被广泛实际应用的叠氮化铜,由于其绿色高能的特性,近年来愈发引起研究者的兴趣。从叠氮化铜的晶体结构理论研究、合成方法、复合含能材料的设计与制备以及它在微型装药中的实际应用等方面,对叠氮化铜含能材料的研究进展进行了总结。在此基础上,讨论了实现其应用前景的关键点:从理论上更深入地掌握其晶体结构与反应释能之间的内在关系;通过构建新型复合含能体系弥补其过于敏感的缺陷的同时,发挥其高能量密度的优势;通过实验和仿真更系统地了解其性能参数;开发先进的合成方法和装药技术以满足微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)火工品对含能材料精密可靠装药方式提出的要求。

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。

温度对半导体桥电爆性能影响研究

为了研究温度对半导体桥(SCB)电爆和点火的影响,采用电容放电激励的方式,研究了SCB在环境温度分别为25℃和-40℃的电爆特性,建立数学模型并探讨了环境温度对SCB电爆的影响;开展了以Al/CuO纳米铝热剂为点火药剂的SCB点火感度实验,在环境温度为25℃和-40℃测试了Al/CuO纳米铝热剂的点火温度,并采用Neyer D最优化法测试SCB点火感度。结果发现,当充电电压由30 V增加至50 V时,电爆延迟时间差值由0.47μs降低至0.25μs,电爆所需能量的差值由0.16 mJ增加至0.65 mJ,表明随着充电电压的增加,环境温度对电爆延迟时间的影响减小,对电爆所需能量的影响增大;并发现不同温度下Al/CuO纳米铝热剂点火温度没有显著差异,为740.7℃;-40℃时的SCB临界发火电压比25℃时高0.6 V。