一種納米Al/AP含能復(fù)合粒子的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米含能材料的制備方法，具體涉及一種納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米含能材料由于低起始反應(yīng)溫度、高活化能以及高燃燒速率，受到越來(lái)越多的關(guān)注。一般由金屬/金屬氧化物和或無(wú)機(jī)/有機(jī)含能材料組分的納米顆粒及基體組成。金屬粉因具有增加能量、提高爆熱和作功能力、改善點(diǎn)火性能等優(yōu)點(diǎn)，在含能材料中得到了廣泛的應(yīng)用。而Al粉因其優(yōu)異的熱釋放和低溫氧化能力以及取材豐富、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，在含能材料領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。而且Al粉的粒徑越小，比表面積越大，比表面能就越高，在宏觀和微觀上會(huì)表現(xiàn)出新的、優(yōu)異的性能。但納米Al粉在應(yīng)用過(guò)程中易團(tuán)聚、且由于其比表面能大，會(huì)消耗更多的粘結(jié)劑來(lái)潤(rùn)濕，導(dǎo)致其加工更加困難。
[0003]高氯酸銨(AP)由于其含氧量高、不含重金屬離子、有較高熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，且價(jià)格便宜、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、燃燒后能夠全部轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的氣體產(chǎn)物，一直被廣泛關(guān)注。
[0004]馬振葉等(馬振葉，李鳳生，陳愛(ài)四，宋洪昌.推進(jìn)技術(shù)，2004，25:373-376.)選用微米鋁粉通過(guò)溶劑-反溶劑法制備了 Al/高氯酸銨復(fù)合粒子，考察了其對(duì)推進(jìn)劑性能的影響。結(jié)果顯示與簡(jiǎn)單混合樣品相比，復(fù)合粒子中Al粉對(duì)AP有一定的催化作用；與添加純Al粉相比，將A1/AP復(fù)合粒子加入推進(jìn)劑之后，樣品高溫分解峰溫降低，放熱量大大提高，表明Al粉與AP復(fù)合處理之后能顯著提高AP和推進(jìn)劑的熱分解性能。
[0005]Slocik，J.M.等(Slocik，J.M., Crouse ,C.A.,Spowart,J.E.,Naik,R.R.Nanoletters,2013,13:2535-2540.)采用將AP填充到經(jīng)處理后的生物蛋白籠內(nèi)部，然后與納米Al粉復(fù)合的方法制備了負(fù)載AP的蛋白籠/Al粒子，通過(guò)改變蛋白籠表面帶電性質(zhì)實(shí)現(xiàn)了多層蛋白籠修飾的Al粒子的制備，結(jié)果顯示，與Al粉和AP的簡(jiǎn)單混合樣以及純Al粉相比，經(jīng)過(guò)復(fù)合之后的復(fù)合粒子顯示出更優(yōu)異的放熱性能和燃燒性能，但由于加入了非含能材料的組分-生物蛋白，會(huì)對(duì)推進(jìn)劑的其它性能(如相容性與力學(xué)性能)產(chǎn)生潛在的影響。
[0006]現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道的復(fù)合粒子其組分中鋁粉為微米鋁粉或其制備工藝復(fù)雜，難以大量生產(chǎn)，尚未見(jiàn)高純納米A1/AP復(fù)合粒子的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法。本發(fā)明采用溶劑蒸發(fā)法制備A1/AP含能復(fù)合粒子，所述制備方法制得的納米A1/AP含能復(fù)合粒子是以AP包覆在納米鋁粉表面而形成核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，其中納米Al的分散性好，納米Al粉與AP接觸面積達(dá)到最大化，放熱性能大幅度提高，且與推進(jìn)劑其他組分的相容性好，可加工性能也得到提高。
[0008]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0009]—種納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法，包括以下步驟:
[0010](I)AP溶液的制備:
[0011]將高氯酸銨加入到有機(jī)溶劑中超聲溶解，得到AP溶液；
[0012](2)含納米Al的AP溶液的制備:
[0013]將納米Al超聲分散到步驟(I)制備的AP溶液中，得到含納米Al的AP溶液；
[0014](3)納米A1/AP復(fù)合粒子的制備:
[0015]將步驟(2)得到的含納米Al的AP溶液加入到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得到納米Al/AP復(fù)合粒子。
[0016]所述納米Al的粒徑為10?200納米。
[0017]所述步驟(I)高氯酸銨的溶解溫度優(yōu)選為15?25°C。
[0018]所述步驟(I)中有機(jī)溶劑優(yōu)選為乙醇或丙酮。
[0019]所述步驟(2)中納米Al的用量為AP質(zhì)量的0.25?4倍。
[0020 ] 所述步驟(2)中超聲分散時(shí)間優(yōu)選為1?15min。
[0021 ]所述步驟(3)中溶劑蒸發(fā)溫度優(yōu)選為10?30°C。
[0022]所述步驟(3)中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為100?140rpm。
[0023]所述步驟(3)中溶劑蒸發(fā)時(shí)間優(yōu)選為10?25min。
[0024]溶劑蒸發(fā)法其原理是利用在加熱過(guò)程中由于溶液的揮發(fā)導(dǎo)致溶質(zhì)在溶液里的溶解度變得非常小，進(jìn)而達(dá)到過(guò)飽和，而從溶液中的重新析出。溶劑蒸發(fā)法用于制備復(fù)合材料時(shí)，制備過(guò)程操作方便，簡(jiǎn)單安全，成本低，且產(chǎn)物純度高，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合粒子中各組分準(zhǔn)確定量的制備，能很大程度上克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
[0025]本發(fā)明的有益效果:
[0026]本發(fā)明的納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法，選用AP對(duì)納米Al粉原位直接進(jìn)行復(fù)合，納米Al作為晶核供AP在其表面生長(zhǎng)，有效地阻止了納米Al粉的團(tuán)聚，提高了納米Al的分散性，同時(shí)AP的存在能促進(jìn)納米Al的氧化燃燒。復(fù)合粒子的制備過(guò)程操作方便，制備工藝簡(jiǎn)化，適于大規(guī)模生產(chǎn)，且該方法可推廣到其他含能復(fù)合粒子制備。本發(fā)明具體包括以下優(yōu)占.V.
[0027]I)本發(fā)明的納米A1/AP含能復(fù)合粒子表面包覆一層AP，能顯著改善納米Al粒子的團(tuán)聚問(wèn)題，提高納米Al的分散性；同時(shí)由于AP包覆在納米Al表面，使得二者接觸面積達(dá)到最大化，有利于提高放熱性能，還可以提高其在推進(jìn)中的相互性和可加工性能。
[0028]2)采用溶劑蒸發(fā)法制備復(fù)合粒子，制備過(guò)程操作方便，簡(jiǎn)單安全，成本低，而且由于制備過(guò)程中存在的僅僅是溶劑的揮發(fā)，并未影響到復(fù)合粒子中各組分的含量變化，使得復(fù)合粒子各組分含量在制備過(guò)程保持恒定，而且制備過(guò)程中并未引入其他雜質(zhì)，產(chǎn)物純度尚O
[0029]3)本發(fā)明基于溶劑蒸發(fā)法，將納米Al粉和AP直接復(fù)合，制備納米A1/AP含能復(fù)合材料，該法適用于大量制備高純度的復(fù)合材料。
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以【具體實(shí)施方式】為限，而是由權(quán)利要求加以限定。
【附圖說(shuō)明】
[0031 ]圖1實(shí)施例1制備的A1/AP含能復(fù)合粒子的XRD圖。
[0032]圖2實(shí)施例1制備的A1/AP含能復(fù)合粒子的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]實(shí)施例1
[0034]—種納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法，包括以下步驟:
[0035](I )AP溶液的制備:在15°C條件下，將0.45g原料AP加入到50ml丙酮中超聲溶解，得到含AP的溶液。
[0036](2)含納米Al的AP溶液的制備:在15°C條件下，將0.30g納米Al超聲分散到步驟(I)制備的AP溶液中，超聲1min后，得到含納米Al的AP溶液。
[0037](3)納米A1/AP復(fù)合粒子的制備:采用溶劑蒸發(fā)法，將步驟(2)得到的含納米Al的AP溶液加入到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，控制旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器反應(yīng)溫度為15°C、轉(zhuǎn)速為140rpm，待反應(yīng)進(jìn)行15min后，在器壁上得到納米A1/AP復(fù)合粒子。
[0038]XRD、FESEM如圖1和圖2所示。結(jié)果顯示含能復(fù)合粒子呈球形粒子，粒徑為50-1 OOnm。實(shí)施例2
[0039]—種納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法，包括以下步驟:
[0040](I)AP溶液的制備:在20 0C條件下，將0.15g原料AP加入到60ml乙醇中超聲溶解，得到含AP的溶液。
[0041 ] (2)含納米Al的AP溶液的制備:在20°C條件下，將0.225g納米Al超聲分散到步驟
(I)制備的AP溶液中，超聲15min后，得到含納米Al的AP溶液。
[0042](3)納米A1/AP復(fù)合粒子的制備:采用溶劑蒸發(fā)法，將步驟(2)得到的含納米Al的AP溶液加入到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，控制旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器反應(yīng)溫度為10°C、轉(zhuǎn)速為lOOrpm，待反應(yīng)進(jìn)行20min后，在器壁上得到納米A1/AP復(fù)合粒子。
[0043]實(shí)施例3
[0044]—種納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法，包括以下步驟:
[0045](I)AP溶液的制備:在25 °C條件下，將0.45g原料AP加入到50ml乙醇中超聲溶解，得到含AP的溶液。
[0046](2)含納米Al的AP溶液的制備:在25°C條件下，將0.113g納米Al超聲分散到步驟
(I)制備的AP溶液中，超聲15min后，得到含納米Al的AP溶液。
[0047](3)納米A1/AP復(fù)合粒子的制備:采用溶劑蒸發(fā)法，將步驟(2)得到的含納米Al的AP溶液加入到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，控制旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器反應(yīng)溫度為30°C、轉(zhuǎn)速為120rpm，待反應(yīng)進(jìn)行25min后，在器壁上得到納米A1/AP復(fù)合粒子。
[0048]經(jīng)表征，實(shí)施例2和實(shí)施例3制備的納米A1/AP含能復(fù)合粒子，其XRD、FESEM與圖1和圖2基本相似。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法，包括以下步驟: (1)AP溶液的制備: 將高氯酸銨加入到有機(jī)溶劑中超聲溶解，得到AP溶液； (2)含納米Al的AP溶液的制備: 將納米Al超聲分散到步驟⑴制備的AP溶液中，得到含納米Al的AP溶液； (3)納米AI/AP復(fù)合粒子的制備: 將步驟(2)得到的含納米Al的AP溶液加入到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)反應(yīng)，得到納米Al/AP復(fù)合粒子。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法，其特征在于:所述納米Al的粒徑為10?200納米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中高氯酸銨的溶解溫度為15?25°C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中有機(jī)溶劑為乙醇或丙酮。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中納米Al的用量為AP的質(zhì)量的0.25?4倍。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中超聲分散時(shí)間為10?15min。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米A1/AP含能復(fù)合粒子的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中溶劑蒸發(fā)溫度為10?30°C;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的轉(zhuǎn)速為100?140rpm;溶劑蒸發(fā)時(shí)間為10?25min0
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種納米Al/AP含能復(fù)合粒子的制備方法，首先將高氯酸銨加入到有機(jī)溶劑中超聲溶解，得到AP溶液；然后將納米Al超聲分散到AP溶液中，得到含納米Al的AP溶液；最后采用溶劑蒸發(fā)法，將含納米Al的AP溶液加入到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)反應(yīng)，除去溶劑得到納米Al/AP復(fù)合粒子。本發(fā)明所述的制備方法中納米Al作為晶核供AP在其表面生長(zhǎng)，有效的阻止了納米Al的團(tuán)聚，增強(qiáng)納米Al與AP的接觸面積，提高放熱性能，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合粒子中各組分的準(zhǔn)確定量的制備，且制備過(guò)程操作方便，簡(jiǎn)單安全，成本低，產(chǎn)物純度高，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【IPC分類(lèi)】B22F1/02, B82Y40/00, B82Y30/00, B22F9/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105665718
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610071321
【發(fā)明人】馬振葉, 呂學(xué)文, 劉楊, 李星輝, 趙遲麗, 韓曉峰, 蘇復(fù)
【申請(qǐng)人】南京師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年2月1日