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纳米含能材料国内外研究现状

时间:2019-01-05 19:19来源:毕业论文
在新型含能材料中,具有高能量释放速率、高能量转化速率和低敏感性的纳米含能材料已成为研究的热点,而介稳态分子间纳米复合含能材料(MIC)由于其高放热性和能量释放率的可调性成

在新型含能材料中,具有高能量释放速率、高能量转化速率和低敏感性的纳米含能材料已成为研究的热点,而介稳态分子间纳米复合含能材料(MIC)由于其高放热性和能量释放率的可调性成为国内外主要研究的对象。国外研究表明将铝热剂的粒度从微米超细化到纳米级时,它的反应速度会大大的提高,能量释放迅速,最快的可以超过千倍,如纳米Al/MoO3铝热剂,燃速大约为400m/s,反应区温度为3253 K。因此纳米铝热剂近年来成为国内外研究的热点,其中如何制备性能良好的纳米铝热剂是最为关键。通常制备MIC的方法分为为机械球磨法、溶胶.凝胶法和物理气相沉积法。
自上世纪90年代开始,就已经见有关纳米级的MIC/HMX的公开报道,国外对于MIC/HMX的研究比国内要早。而国内则是最主要集中在Al/CuO等极少数材料,纳米Al/MoO3含能材料在国内则没有见公开的报道,而添加纳米级炸药HMX的MIC/HMX更是少之又少。32261
Kevin C W[1]等研究者通过采用固相反应的方法,再进一步加入分散剂来改善纳米粒子的团聚问题,制备出了纳米Al/MoO3铝热剂。方法为:称取一定量的纳米铝粉和纳米三氧化钼粉末,置于反应容器中,然后加入正己烷进行进一步的处理,之后再进行超声分散混合,处理,最后真空干燥,得到复合颗粒。与微米级这两种成分粒子通过常规物理混合得到的样品相比,纳米铝热剂的燃速更高,可以达到442m/s。
谯志强[2]等研究者基于猛炸药的起爆药替代物的主要原料为超细颗粒猛炸药、纳米铝粉和纳米金属氧化物,采用溶胶-凝胶的方法制备出了纳米级的Fe2O3,采用溶剂-非溶剂的方法制备出超细的RDX 颗粒,最后再采用超声波复合法进一步实现纳米铝热剂对RDX 颗粒表面的包覆。它是通过一种特殊的复合物微观结构进行设计(如图1所示),在细颗粒炸药表面包裹一层具有很高燃烧速度的添加剂,从而形成一个以细颗粒炸药为核以高速添加剂为壳的核/壳型复合物,壳层添加剂高速燃烧释放的热量可以作为核层细颗粒炸药的点火源。由于亚稳态分子复合物的燃烧速度很大,往往可以达到数百米以上,比超细炸药颗粒的燃烧速度要高出2个数量级,因此在复合装药结构下燃烧波从A点传到B点的时间将会减小2个数量级,使细颗粒炸药在点火同时性大大增加到接近表面同时点火的水平,从而大大降低达到燃烧转爆轰所需要的压力积累的时间。低装填密度下的 DDT 实验结果显示:通过调整上述复合物的结构以及组成参数,该复合物特殊的微观结构可能使其具有快速的燃烧转爆轰能力。 源`自*六)维[论*文'网www.lwfree.cn
通过MIC/RDX复合物的扫描电镜照片(如图2所示)。可以看出纳米铝粉(图2-a)平均尺寸在200nm左右;Fe2O3凝胶(图2-b)呈现出网状骨架结构,粒子之间相互交联,粒子尺寸平均在30nm左右;纳米铝粉与Fe2O3气溶胶形成的纳米铝热剂都比较均匀,经溶剂非溶剂结晶的RDX平均粒径直径介于5-10um之间,然后进一步经超声复合得到的MIC/RDX(图2-e)具有分散性良好,纳米铝热剂几乎在所有RDX表面都达到了很好的包覆效果,与图1中的微观结构上基本相同。
 MIC/猛炸药微观结构示意图(1—纳米铝热剂;2—猛炸药)和燃烧示意图(3—MIC/猛炸药粒子)
图1 MIC/猛炸药微观结构示意图(1—纳米铝热剂;2—猛炸药)和燃烧示意图(3—MIC/猛炸药粒子)
 
图2MIC/RDX复合物的相关SEM图片
Jinpeng Shen[3]提出了一种铝热剂在球细胞模型中燃烧压力损失理论,研究表明:Cl-20颗粒可以释放出大量的气体,在Al/CuO中加入细化的Cl-20颗粒的亚稳态分子复合材料是一种有效的压力补偿措施,通过改变Cl-20颗粒在药剂组分中的质量比例,显示出了压力损失对反应速率和能量输出中的微尺度效率的影响,其SEM微观图如图3,(a)图显示的是精细的CL-20在SEM下的微观形貌,(b)图显示的是亚稳态分子复合材料Al-CuO,(c)图显示的是含有50%(重量)精细CL-20的颗粒的亚稳态分子复合材料Al-CuO;(d)、(e)图分别显示的是AL-CuO/ CL-20复合在SiO2/铬/铂/金微加热器基板上的俯视图和横截面图 纳米含能材料国内外研究现状:http://www.lwfree.cn/yanjiu/20190105/28760.html
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