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包郵 納米金屬氧化物及其鋁熱劑

出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2022-06-01
開(kāi)本： 16開(kāi) 頁(yè)數(shù)： 281
中 圖 價(jià):¥117.6(7.0折) 定價(jià)  ¥168.0 登錄后可看到會(huì)員價(jià)
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納米金屬氧化物及其鋁熱劑 版權(quán)信息

納米金屬氧化物及其鋁熱劑 內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)對(duì)納米金屬氧化物及其鋁熱劑作為納米燃燒催化劑在含能材料領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)介紹。全書(shū)共6章，首先，介紹納米燃燒催化劑的背景和發(fā)展歷程；其次，介紹納米金屬氧化物、鋁熱劑型燃燒催化劑的制備與表征；再次，在結(jié)構(gòu)組成研究的基礎(chǔ)上，詳細(xì)探討納米金屬氧化物、鋁熱劑對(duì)含能材料熱分解性能的影響，通過(guò)差示掃描量熱法及熱重-紅外聯(lián)用技術(shù)提出含能材料的熱分解歷程；*后，優(yōu)選用于復(fù)合固體推進(jìn)劑的很好燃燒催化劑，探討納米金屬氧化物及其鋁熱劑的催化燃燒特性。 本書(shū)可供從事納米金屬氧化物及其鋁熱劑科研、生產(chǎn)工作的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員參考，也可作為高等院校材料、化工、航空與國(guó)防等相關(guān)專(zhuān)業(yè)教師及研究生的參考用書(shū)。

納米金屬氧化物及其鋁熱劑 目錄

目錄
前言
第1章　緒論　1　
1.1　研究背景　1　
1.2　納米無(wú)機(jī)金屬催化劑及鋁熱劑的應(yīng)用　3　
1.3　納米金屬氧化物及其鋁熱劑的制備與表征方法　8　
1.3.1　納米金屬氧化物的制備　9　
1.3.2　納米鋁熱劑的制備　11　
1.3.3　結(jié)構(gòu)表征與性能分析　18
參考文獻(xiàn)　19
第2章　納米金屬氧化物的制備與表征　25　
2.1　引言　25　
2.2　納米Fe2O3的制備與表征　28　
2.2.1　多面體狀Fe2O3的制備與表征　28　
2.2.2　環(huán)狀Fe2O3的制備與表征　36　
2.2.3　橄欖狀Fe2O3的制備與表征　36　
2.2.4　管狀Fe2O3的制備與表征　39　
2.2.5　梭形Fe2O3的制備與表征　40　
2.2.6　棒狀Fe2O3的制備與表征　43　
2.2.7　顆粒狀Fe2O3的制備與表征　44　
2.2.8　花球狀*-Fe2O3的制備與表征　54　
2.3　納米CuO的制備與表征　56　
2.3.1　塊狀CuO的制備與表征　56　
2.3.2　碎片狀、竹葉狀等CuO的制備與表征　56　
2.4　納米MnO2的制備與表征　62　
2.4.1　棒狀MnO2的制備與表征　62　
2.4.2　海膽狀MnO2的制備與表征　64　
2.5　納米Cr2O3的制備與表征　65　
2.6　納米MoO3的制備與表征　68　
2.6.1　帶狀MoO3的制備與表征　68　
2.6.2　塊狀MoO3的制備與表征　69　
2.7　納WO3的制備與表征　71　
2.7.1　納米WO3的制備與表征　71　
2.7.2　納米WO3的形貌調(diào)控　73　
2.8　納米Co3O4的制備與表征　76　
2.8.1　納米Co3O4的制備　76　
2.8.2　納米Co3O4的表征　76　
2.9　納米CoFe2O4的制備與表征　80　
2.9.1　顆粒狀CoFe2O4的制備與表征　80　
2.9.2　不規(guī)則棒狀CoFe2O4的制備與表征　81　
2.10　納米NiFe2O4的制備與表征　83　
2.11　納米MgCo2O4的制備與表征　84　
2.12　納米ZnCo2O4的制備與表征　88　
2.12.1　納米ZnCo2O4的制備　88　
2.12.2　納米ZnCo2O4的表征　88
參考文獻(xiàn)　92　
第3章　納米鋁熱劑的制備與表征　99　
3.1　引言　99　
3.2　納米Al/Fe2O3的制備與表征　100　
3.2.1　Al/十四面體Fe2O3的制備與表征　100　
3.2.2　Al/環(huán)狀Fe2O3的制備與表征　102　
3.2.3　Al/橄欖狀Fe2O3的制備與表征　103　
3.2.4　Al/管狀Fe2O3的制備與表征　105　
3.2.5　Al/梭形Fe2O3的制備與表征　108　
3.2.6　Al/棒狀Fe2O3的制備與表征　109　
3.2.7　Al/顆粒狀Fe2O3的制備與表征　110　
3.3　納米Al/CuO的制備與表征　118　
3.3.1　Al/塊狀CuO的制備與表征　118　
3.3.2　Al/碎片狀CuO的制備與表征　120　
3.3.3　Al/竹葉狀CuO的制備與表征　121　
3.4　納米Al/MnO2的制備與表征　122　
3.4.1　Al/棒狀MnO2的制備與表征　122　
3.4.2　Al/海膽狀MnO2的制備與表征　123　
3.5　納米Al/Cr2O3的制備與表征　125　
3.6　納米Al/MoO3的制備與表征　127　
3.6.1　Al/帶狀MoO3的制備與表征　127　
3.6.2　Al/塊狀MoO3的制備與表征　127　
3.7　納米Al/WO3的制備與表征　129　
3.8　納米Al/Co3O4的制備與表征　130　
3.9　納米Al/CoFe2O4的制備與表征　131　
3.10　納米Al/NiFe2O4的制備與表征　133　
3.11　納米Al/MgCo2O4的制備與表征　133　
3.12　納米Al/ZnCo2O4的制備與表征　134
參考文獻(xiàn)　136
第4章　鋁熱劑的熱行為　137　
4.1　引言　137　
4.2　Al/Fe2O3的熱行為　137　
4.2.1　Al/十四面體Fe2O3、Al/橄欖狀Fe2O3、Al/顆粒狀H-Fe2O3的熱行為　137　
4.2.2　Al/六面體Fe2O3、Al/環(huán)狀Fe2O3、Al/管狀Fe2O3的熱行為　139　
4.3　Al/CuO的熱行為　140　
4.4　Al/MnO2的熱行為　142　
4.5　Al/MoO3的熱行為　143　
4.6　Al/Co3O4的熱行為　144　
4.7　Al/CoFe2O4的熱行為　145　
4.8　Al/NiFe2O4的熱行為　146　
4.9　Al/MgCo2O4的熱行為　146　
4.10　Al/ZnCo2O4的熱行為　147
參考文獻(xiàn)　147
第5章　納米金屬氧化物及鋁熱劑對(duì)含能組分熱分解性能的影響　148　
5.1　引言　148　
5.2　熱分解動(dòng)力學(xué)基本原理　149　
5.2.1　熱分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算　150　
5.2.2　選擇適宜動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)的方法　153　
5.2.3　熱安全溫度的計(jì)算　153　
5.2.4　活化熵、活化焓和活化吉布斯自由能的計(jì)算　154　
5.3　納米氧化鐵及鋁熱劑對(duì)　NC熱分解性能的影響　154　
5.3.1　顆粒狀H-Fe2O3及Al/顆粒狀H-Fe2O3對(duì)NC熱分解性能的影響　154　
5.3.2　十四面體Fe2O3及Al/十四面體Fe2O3對(duì)NC熱分解性能的影響　167　
5.3.3　橄欖狀Fe2O3及Al/橄欖狀Fe2O3對(duì)　NC熱分解性能的影響　173　
5.3.4　棒狀Fe2O3及Al/棒狀Fe2O3對(duì)NC熱分解性能的影響　178　
5.4　納米氧化銅及鋁熱劑對(duì)NC熱分解性能的影響　183　
5.4.1　竹葉狀CuO及Al/竹葉狀CuO對(duì)NC熱分解性能的影響　183　
5.4.2　碎片狀CuO及Al/碎片狀CuO對(duì)NC熱分解性能的影響　188　
5.5　其他納米金屬氧化物及鋁熱劑對(duì)NC熱分解性能的影響　194　
5.5.1　CoFe2O4及Al/CoFe2O4對(duì)NC熱分解性能的影響　194　
5.5.2　NiFe2O4及Al/NiFe2O4對(duì)NC熱分解性能的影響　194　
5.5.3　MnO2對(duì)NC熱分解性能的影響　195　
5.5.4　Cr2O3對(duì)NC熱分解性能的影響　198　
5.5.5　MoO3對(duì)NC熱分解性能的影響　207　
5.6　納米Fe2O3、納米WO3對(duì)NTO熱分解性能的影響　207　
5.6.1　不同復(fù)合方法得到的Fe2O3對(duì)NTO熱分解性能的影響　207　
5.6.2　WO3對(duì)NTO熱分解性能的影響　209　
5.7　納米金屬氧化物及鋁熱劑對(duì)CL-20熱分解性能的影響　211　
5.7.1　CoFe2O4及Al/CoFe2O4對(duì)CL-20熱分解性能的影響　211　
5.7.2　NiFe2O4及Al/NiFe2O4對(duì)CL-20熱分解性能的影響　212　
5.7.3　十四面體Fe2O3對(duì)CL-20熱分解性能的影響　212　
5.7.4　顆粒狀G-Fe2O3對(duì)CL-20熱分解性能的影響　215　
5.7.5　棒狀Fe2O3對(duì)CL-20熱分解性能的影響　217　
5.7.6　花球狀y-Fe2O3對(duì)CL-20熱分解性能的影響　222　
5.7.7　MnO2對(duì)CL-20熱分解性能的影響　223　
5.7.8　MoO3對(duì)CL-20熱分解性能的影響　226　
5.7.9　WO3對(duì)CL-20熱分解性能的影響 229　
5.7.10　Co3O4、MgCo2O4及ZnCo2O4對(duì)CL-20熱分解性能的影響　232　
5.8　納米金屬氧化物及鋁熱劑對(duì)RDX熱分解性能的影響　238　
5.8.1　CoFe2O4及Al/CoFe2O4對(duì)RDX熱分解性能的影響　238　
5.8.2　NiFe2O4及Al/NiFe2O4對(duì)RDX熱分解性能的影響　240　
5.8.3　管狀Fe2O3及Al/管狀Fe2O3對(duì)RDX熱分解性能的影響　241　
5.8.4　不同形貌納米MnO2對(duì)RDX熱分解性能的影響　244　
5.8.5　不同形貌納米MoO3對(duì)RDX熱分解性能的影響　244　
5.8.6　Co3O4、MgCo2O4及ZnCo2O4對(duì)RDX熱分解性能的影響　245　
5.9　納米金屬氧化物對(duì)AP熱分解性能的影響　247　
5.9.1　不同形貌納米MnO2對(duì)AP熱分解性能的影響　247　
5.9.2　不同形貌納米MoO3對(duì)AP熱分解性能的影響　248　
5.9.3　Co3O4、MgCo2O4和ZnCo2O4對(duì)AP熱分解性能的影響　249　
5.10　納米金屬氧化物及鋁熱劑對(duì)HMX熱分解性能的影響　252　
5.10.1　CoFe2O4及Al/CoFe2O4對(duì)HMX熱分解性能的影響　252　
5.10.2　NiFe2O4及Al/NiFe2O4對(duì)HMX熱分解性能的影響　252　
5.10.3　Co3O4、MgCo2O4和ZnCo2O4對(duì)HMX熱分解性能的影響　253
參考文獻(xiàn)　259
第6章　納米金屬氧化物及鋁熱劑對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑燃燒性能的影響　262　
6.1　引言　262　
6.2　推進(jìn)劑試樣制備及測(cè)試　263　
6.3　納米Fe2O3及鋁熱劑對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑燃燒性能的影響　263　
6.3.1　不同形貌納米Fe2O3及鋁熱劑Al/Fe2O3對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑燃燒性能的影響　263　
6.3.2　不同粒徑納米Fe2O3及鋁熱劑Al/Fe2O3對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑燃燒性能的影響　266　
6.4　納米CuO及鋁熱劑對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑燃燒性能的影響　271　
6.5　納米Cr2O3及鋁熱劑對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑燃燒性能的影響　273　
6.6　納米MnO2及鋁熱劑對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑燃燒性能的影響　275　
6.7　納米MoO3及鋁熱劑對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑燃燒性能的影響　277　
6.8　納米WO3對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑燃燒性能的影響　279
參考文獻(xiàn)　280
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納米金屬氧化物及其鋁熱劑 節(jié)選

第1章緒論 1.1研究背景 發(fā)展國(guó)防科學(xué)技術(shù)，建立強(qiáng)大的國(guó)防，是國(guó)家的重要戰(zhàn)略任務(wù)。武器裝備是國(guó)防科技系統(tǒng)的重要組成部分，其先進(jìn)性直接關(guān)系一個(gè)國(guó)家的軍事實(shí)力。含能材料是武器裝備的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，常規(guī)武器大多以含能材料為能量源。因此，先進(jìn)含能材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用能力直接關(guān)系武器裝備的射程和威力。同時(shí)，含能材料也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要材料。含能材料在礦業(yè)開(kāi)采等方面的應(yīng)用極大地節(jié)約了人類(lèi)勞動(dòng)力；應(yīng)用于石油開(kāi)采的射孔彈是油氣開(kāi)采不可或缺的裝備之一[1，2]；應(yīng)用于汽車(chē)安全氣囊的氣體發(fā)生劑[3]也是一類(lèi)化學(xué)含能材料。因此，含能材料是國(guó)防科技和國(guó)計(jì)民生必需的材料之一。 含能材料是一類(lèi)含有爆炸性基團(tuán)或含有氧化劑和可燃物、能獨(dú)立進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)并輸出能量的化合物或混合物。固體推進(jìn)劑是一類(lèi)復(fù)合含能材料，是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的動(dòng)力能源材料，在軍事和航天技術(shù)發(fā)展中起著重要作用，其性能直接影響導(dǎo)彈的作戰(zhàn)效能和火箭的運(yùn)載能力。作為一種化學(xué)推進(jìn)劑，固體推進(jìn)劑分為均質(zhì)推進(jìn)劑(雙基推進(jìn)劑)和異質(zhì)推進(jìn)劑(復(fù)合推進(jìn)劑、改性雙基推進(jìn)劑)。固體推進(jìn)劑的主要成分有燃料、氧化劑、黏合劑、增塑劑及各種功能助劑，通過(guò)燃燒釋放其化學(xué)能，借助固體發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。因此，燃燒性能是影響固體發(fā)動(dòng)機(jī)彈道性能的重要因素。固體推進(jìn)劑的燃燒性能包括點(diǎn)火性能、穩(wěn)態(tài)燃燒、非穩(wěn)態(tài)燃燒、侵蝕燃燒、燃燒效率及熄火性能等[4]。穩(wěn)態(tài)燃燒是發(fā)動(dòng)機(jī)工作的核心過(guò)程，維持必要時(shí)長(zhǎng)的穩(wěn)態(tài)燃燒是固體發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求。 在固體推進(jìn)劑的燃燒過(guò)程中，壓強(qiáng)和初溫一定時(shí)，各組分的性質(zhì)是影響燃速的主要因素。對(duì)于組成和工藝確定的某一固體推進(jìn)劑，其燃燒過(guò)程主要受環(huán)境壓力和溫度影響，簡(jiǎn)化的燃速與壓強(qiáng)關(guān)系[5]如式(1-1)所示。(1-1)其中，r為燃速；k為燃速系數(shù)；p為壓強(qiáng)；n為燃速壓強(qiáng)指數(shù)。 燃燒催化劑(燃速調(diào)節(jié)劑)是固體推進(jìn)劑中必不可缺的組分。不添加催化劑的推進(jìn)劑燃速往往隨著體系壓強(qiáng)的升高而增大，昀終由于壓強(qiáng)過(guò)高發(fā)生爆炸。優(yōu)良的燃燒催化劑能夠提高推進(jìn)劑在低壓區(qū)間的燃速，降低高壓區(qū)間的壓強(qiáng)指數(shù)，達(dá)到穩(wěn)定燃燒的目的。 20世紀(jì)40年代，研究發(fā)現(xiàn)少量的硬脂酸鉛可使雙基推進(jìn)劑出現(xiàn)平臺(tái)燃燒現(xiàn)象。此后研究了含鉛化合物對(duì)推進(jìn)劑燃速的影響。圖1-1為無(wú)鉛及含鉛推進(jìn)劑的r-p曲線，其中無(wú)鉛推進(jìn)劑配方的燃速與壓強(qiáng)基本呈線性關(guān)系，n≈0.7。含鉛配方的r-p曲線則呈現(xiàn)復(fù)雜變化：在低壓區(qū)，燃速相對(duì)無(wú)鉛配方顯著提高，即出現(xiàn)超速燃燒(n≈0.8～2.0)；當(dāng)壓強(qiáng)升高，在某一壓強(qiáng)區(qū)間，燃速基本維持不變，即平臺(tái)燃燒(n≈0～0.2)；某些含鉛化合物在產(chǎn)生超速燃燒后，燃速隨壓強(qiáng)的變化產(chǎn)生負(fù)的壓強(qiáng)指數(shù)，即出現(xiàn)麥撒燃燒效應(yīng)(n<0)。平臺(tái)燃燒和麥撒燃燒均能夠保證推進(jìn)劑在燃燒過(guò)程中不發(fā)生爆炸，并維持穩(wěn)定燃燒。因此，燃燒催化劑受到研究人員的廣泛重視[6-11]。 圖1-1無(wú)鉛及含鉛推進(jìn)劑的r-p曲線 燃燒催化劑對(duì)改變推進(jìn)劑的燃速、改善燃燒性能效果十分明顯。作用機(jī)理主要是通過(guò)改變推進(jìn)劑的燃燒波結(jié)構(gòu)來(lái)改變?nèi)妓佟^(qū)別于工業(yè)催化劑，固體推進(jìn)劑燃燒催化劑以化學(xué)方法改變推進(jìn)劑燃燒。其主要作用有：①改變推進(jìn)劑在低壓時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率；②降低燃速受壓強(qiáng)、溫度影響的敏感程度；③改善推進(jìn)劑點(diǎn)火性能；④提高燃燒穩(wěn)定性；⑤調(diào)節(jié)推進(jìn)劑燃速，實(shí)現(xiàn)不同推力的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案。因此，燃燒催化劑是調(diào)節(jié)和改善固體推進(jìn)劑性能不可缺少的組分，是固體推進(jìn)劑配方中非常關(guān)鍵的功能材料[12]。 近年來(lái)，人們根據(jù)不同的推進(jìn)劑配方，研究了多種燃燒催化劑，如過(guò)渡金屬氧化物、有機(jī)金屬配合物、金屬?gòu)?fù)合物、納米催化劑、含能催化劑及雙金屬催化劑等。燃燒催化劑對(duì)推進(jìn)劑燃速的影響程度與其種類(lèi)、粒度、含量及分布狀態(tài)密切相關(guān)。不同的推進(jìn)劑配方需要采用不同的燃燒催化劑。由于材料納米化的技術(shù)思路日益滲透到含能材料領(lǐng)域[13-16]，加之無(wú)機(jī)金屬燃燒催化劑的優(yōu)良性能引起廣泛關(guān)注，國(guó)內(nèi)外研究人員均開(kāi)展了無(wú)機(jī)金屬催化劑的納米化研究，并將其應(yīng)用于固體推進(jìn)劑，成功地改善了推進(jìn)劑的燃燒性能。 1.2納米無(wú)機(jī)金屬催化劑及鋁熱劑的應(yīng)用 固體推進(jìn)劑中常用的無(wú)機(jī)金屬燃燒催化劑有Al、Cu、Pb、Bi、Ni、Co、Fe、Cr、Ti、Sn等金屬粉末及其氧化物[17]。由于金屬粉末，特別是鋁粉可作為高能量密度材料在固體推進(jìn)劑中使用，能夠提高其燃燒熱和做功能力，得到廣泛應(yīng)用。另外，金屬氧化物，如Fe2O3、CuO、Cr2O3、PbO、Bi2O3等常作為燃燒催化劑應(yīng)用于固體推進(jìn)劑。劉建勛等[18]制備了不同形貌的納米Fe2O3，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)比表面積是影響Fe2O3催化效果的決定性因素，針形納米Fe2O3具有更大的比表面積，可使高氯酸銨(ammonium perchlorate，AP)熱值提高785J/g，分解峰頂溫度(峰溫)降低67.3℃。Ma等[19]通過(guò)新型溶劑-非溶劑法將納米級(jí)過(guò)渡金屬氧化物CuO或Co2O3與AP復(fù)合，結(jié)果表明通過(guò)增大金屬氧化物與AP的接觸面積可提高兩種納米金屬氧化物的催化活性。 燃燒催化劑的催化效果受多種因素制約，通常加入量越大其催化能力越強(qiáng)，但超過(guò)飽和加入量后會(huì)起到負(fù)催化效果。通過(guò)減小燃燒催化劑粒徑，增大其比表面積會(huì)極大改善燃燒催化劑的催化效果，提高其反應(yīng)活性。 另外，將納米Al粉和納米金屬氧化物復(fù)合成亞穩(wěn)態(tài)分子間復(fù)合物(metastable intermolecular composites，MICs)[20-24]，以納米鋁熱劑的形式添加到固體推進(jìn)劑配方中，作為新型燃燒催化劑使用，可發(fā)揮以下優(yōu)點(diǎn)：**，改善納米鋁粉自身的團(tuán)聚現(xiàn)象，充分發(fā)揮納米鋁粉的高反應(yīng)活性；第二，納米尺度的金屬氧化物，催化能力更強(qiáng)，可更大程度提高推進(jìn)劑燃速，降低燃速壓強(qiáng)指數(shù)，并抑制不穩(wěn)定燃燒；第三，納米鋁粉與納米金屬氧化物復(fù)合，受到適當(dāng)熱量引發(fā)或機(jī)械沖擊后能發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，在短時(shí)間內(nèi)釋放大量能量，從而增強(qiáng)固體推進(jìn)劑的燃燒性能。表1-1列舉了不同鋁熱劑的燃燒熱值[25，26]。 與傳統(tǒng)單質(zhì)含能材料反應(yīng)相比，納米鋁熱反應(yīng)是基于分子間的相互作用而非分子內(nèi)反應(yīng)，可以通過(guò)改變納米鋁熱劑配方中氧化劑或還原劑的顆粒尺寸調(diào)節(jié)其能量釋放速率。納米鋁熱劑的能量輸出為常見(jiàn)典型炸藥的兩倍，其爆發(fā)反應(yīng)威力在10kW/cm3～10GW/cm3可調(diào)，反應(yīng)波陣面?zhèn)鞑ニ俣瓤煽兀{(diào)節(jié)范圍為0.1～1500m/s，反應(yīng)區(qū)域溫度超過(guò)3000K[27]。 國(guó)內(nèi)外科研人員在納米鋁熱劑的制備、結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試研究方面取得了重要進(jìn)展。王毅等[28]利用溶膠-凝膠(sol-gel)法將納米鋁粉與無(wú)定形鐵氧化物復(fù)合得到核-殼型Al/Fe2O3納米鋁熱劑，其點(diǎn)火及能量性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)鋁熱劑。Zhang等[29]對(duì)硅基底上的銅膜進(jìn)行熱退火處理制備出氧化銅納米線，并與納米鋁復(fù)合成Al/CuO核-殼式納米鋁熱劑，納米Al與CuO納米線的反應(yīng)溫度約為500℃，低于Al的熔點(diǎn)。納米Al熔化后，剩余的Al與Cu2O和少量CuO膜反應(yīng)，熱值約為2950J/g。該工作實(shí)現(xiàn)了在硅基底制備納米鋁熱劑，開(kāi)啟硅基微材料整合的大門(mén)，將引導(dǎo)功能性納米器件的出現(xiàn)。Valliappan等[30]用超聲分散法制備了硅烷或羥基酸作表面功能涂層的納米Al與納米金屬氧化物WO3、MoO3、CuO、Fe2O3復(fù)合成的納米鋁熱劑，通過(guò)自制的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試了以上納米鋁熱劑在無(wú)限制條件下反應(yīng)時(shí)的表面燃速和點(diǎn)火延遲時(shí)間，并將這兩個(gè)參數(shù)作為測(cè)定納米鋁粉反應(yīng)活性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試結(jié)果表明，表面功能涂層的數(shù)量和類(lèi)型影響表面燃速和點(diǎn)火延遲時(shí)間。 鋁熱反應(yīng)可在無(wú)氧條件下劇烈進(jìn)行，且引發(fā)后難以熄滅，能夠達(dá)到二次殺傷效果，在現(xiàn)代定向爆破技術(shù)中，經(jīng)常采用鋁熱劑熔斷鋼筋達(dá)到定向倒塌的爆破效果。由于鋁熱反應(yīng)能夠產(chǎn)生很高的溫度，并且其爆炸沖擊性極強(qiáng)，可以作為各種武器彈藥的高能添加劑來(lái)增加毀傷目標(biāo)的威力[31]，鋁熱劑在軍事上的應(yīng)用已經(jīng)成為各國(guó)現(xiàn)代武器裝備競(jìng)相追逐的熱點(diǎn)[32-34]。 納米鋁熱劑可應(yīng)用于推進(jìn)系統(tǒng)、氣體發(fā)生器、微點(diǎn)火/快速啟動(dòng)、焊接/切割、材料加工等領(lǐng)域。 1.納米鋁熱劑在固體推進(jìn)劑中的應(yīng)用 納米鋁熱劑燃燒是一個(gè)多相反應(yīng)，通過(guò)發(fā)生超快的瞬態(tài)反應(yīng)釋放大量能量，產(chǎn)生高燃速和高壓力，故大多數(shù)納米鋁熱劑可作為添加劑提高固體推進(jìn)劑的燃燒性能。表1-2列舉了納米鋁熱劑的燃燒參數(shù)[35]。其中，Al與Bi2O3反應(yīng)燃速可達(dá)646m/s，產(chǎn)生的峰值壓力為53.4kPa[36]。Al與I2O5反應(yīng)燃速為1035m/s，峰值壓力為28.0kPa[37]。將納米鈦粉加入Al/I2O5中，能顯著提高Al/I2O5鋁熱劑的反應(yīng)性，提高壓力及增壓速率，縮短燃燒時(shí)間，使點(diǎn)火溫度降低約300℃[38]。納米鋁熱劑Al/WO3、Al/CuO、Al/MoO3、Al/NiO也具有較高燃速及較高峰值壓力[36，39]。 納米鋁熱劑作為一種高效燃燒催化劑，其不同種類(lèi)對(duì)固體推進(jìn)劑燃燒性能的催化作用也有所差異。與雙基推進(jìn)劑空白配方(表1-3)相比[40]，Al/PbO的加入使雙基推進(jìn)劑燃速顯著提高，并在8～14MPa出現(xiàn)低燃速壓強(qiáng)指數(shù)區(qū)，2MPa時(shí)的催化效率較高，具有超速燃燒的特點(diǎn)。含Al/Bi2O3的推進(jìn)劑燃速隨壓力升高增加非常明顯，在中高壓下具有較高的燃速，且可以降低雙基推進(jìn)劑在高壓區(qū)的燃速壓強(qiáng)指數(shù)。加入Al/CuO也可提高雙基推進(jìn)劑的燃速，但總體催化燃燒效果不明顯，這與鋁熱劑中氧化劑組分及其形貌密切相關(guān)。將納米Al粉與不同形貌的Fe2O3復(fù)合成納米Al/Fe2O3，發(fā)現(xiàn)氧化鐵的形貌是決定納米Al/Fe2O3影響高氯酸銨/端羥基聚丁二烯(AP/HTPB)復(fù)合推進(jìn)劑燃燒性能的關(guān)鍵因素[41]。 多組分納米鋁熱劑可改善雙基推進(jìn)劑或黑索今(hexogen，RDX)改性雙基推進(jìn)劑的燃速和燃速壓強(qiáng)指數(shù)[42]。不同方法制備得到的多組分納米鋁熱劑，其催化作用有所不同。固相反應(yīng)制備的nAl/PbO CuO在較低或較高的壓力范圍內(nèi)，均能略微提高雙基推進(jìn)劑的燃速。固相反應(yīng)制備的nAl/PbO CuO在2MPa下的催化效率為1.48，燃速提高了48%，在較高壓力范圍內(nèi)也可使雙基推進(jìn)劑的燃速略有提高。在雙基推進(jìn)劑中加入超聲分散法制備得到的nAl/PbO CuO后，其燃速和催化效率較空白配方均有所下降。nAl/PbO CuO加入RDX改性雙基推進(jìn)劑，在2MPa下的催化效率為1.64，燃速提高了64%。nAl/PbO SnO2并不是理想的燃燒催化劑，其催化效率低于1.00。另外，較復(fù)雜的nAl/PbO CuO SnO2體系僅在低壓區(qū)有一定催化作用，在2MPa時(shí)燃速可提高30%，但催化效果不理想。 2.納米鋁熱劑在微推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用 納米鋁熱劑具有高比表面積脈沖、快速燃燒和定制化反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，納米鋁熱復(fù)合材料能夠產(chǎn)生與傳統(tǒng)起爆藥相似的反應(yīng)傳播速率，但壓力水平遠(yuǎn)低于固體炸藥。這些特性使納米鋁熱劑可應(yīng)用于快速脈沖微驅(qū)動(dòng)/推進(jìn)系統(tǒng)。 納米Al/Bi2O3和納米Al/CuO可為快速脈沖微型推進(jìn)器提供動(dòng)力。納米Al/Bi2O3比納米Al/CuO具有更高的平均推力、更長(zhǎng)的燃燒時(shí)間和更大的比沖，加入少量的硝化纖維素也能有效地提高納米鋁熱劑的比沖和體積沖量[43]。納米Al/CuO在低填充壓力燃燒產(chǎn)生的推力為75N，持續(xù)時(shí)間小于50.s；在高密度下，燃燒相對(duì)緩慢，推力為3～5N，持續(xù)時(shí)間為1.5～3ms。在兩種情況下，納米Al/CuO材料產(chǎn)生的比沖為20～25s。這種獨(dú)*的納米Al/CuO材料可產(chǎn)生特定的脈沖，推力持續(xù)時(shí)間短，在空間有限的微推進(jìn)系統(tǒng)有潛在應(yīng)用[44]。 3.納米鋁熱劑在微點(diǎn)火/快速啟動(dòng)的應(yīng)用 利用納米鋁熱劑反應(yīng)的放熱特性，可將其作為潛在的微點(diǎn)火器、微引發(fā)劑，其噴射出的高溫反應(yīng)產(chǎn)物可進(jìn)一步增強(qiáng)點(diǎn)火能力[45，46]。將Al/CuO基納米含能材料與Au/Pt/Cr薄膜微加熱器集成在玻璃

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