[发明专利]一种纳米Al/CuO‑AP含能复合粒子的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米含能材料的制备方法，具体涉及一种纳米Al/CuO-AP含能复合粒子的制备方法。

背景技术

纳米含能材料由于低起始反应温度、活化能，以及高燃烧速率，受到越来越多的关注。一般由金属/金属氧化物和或无机/有机含能材料组分的纳米颗粒及基体组成。金属粉因可以增加能量、提高爆热和作功能力、改善点火性能等优点，在含能材料中得到了广泛的应用。而Al粉由于其优异的热释放和低温氧化能力以及取材丰富、成本较低等优点，在含能材料领域中发挥着重要的作用。且Al粉的粒径越小，比表面积越大，比表面能就越高，在宏观和微观上会表现出新的、优异的性能。以纳米铝粉为基础的铝热剂如MoO₃/Al、Al/Fe₂O₃、Al/CuO等展现了较高的能量密度和能量释放速度等优点，但是其反应速率受传质过程限制。为了提高含能材料的燃烧速率，增强燃烧过程中传质传热速率是一种有效的方法。Shen等(Shen,J.,Qiao,Z.,Wang,J.,Zhang,K.,Li,R.,Nie,F.,& Yang,G.Combustion and Flame,2014,161:2975-2981.)将CL-20加入Al-CuO含能材料中，结果显示，将CL-20加入铝热剂后，有助于促进燃烧，复合粒子燃烧火焰面积更大、燃烧速率更快，表明加入CL-20之后对于铝热剂燃烧过程是十分有利的。

高氯酸铵(AP)由于其含氧量高、不含重金属离子、有较高热稳定性和化学稳定性，且价格便宜、生产工艺简单、燃烧后能够全部转化为稳定的气体产物，一直被得到广泛的关注。

研究表明，Al粉(马振叶，李凤生，陈爱四，宋洪昌.推进技术，2004,25:373-376.)和CuO(Hong Qin,Mingxia Zha,Zhenye Ma,Fengqi Zhao,Siyu Xu,Huixiang Xu.Propellants Explosives Pyrotechnics,2014,39:694-700.)对于AP的热分解都有一定的催化作用，而且二者是铝热剂的常用组分。现有文献中尚未见高纯纳米Al/CuO-AP复合粒子的报道，且已报道复合粒子的制备工艺复杂，难以大量生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米Al/CuO-AP含能复合粒子的制备方法，所述方法采用溶剂蒸发法在铝热剂Al/CuO表面包覆一层AP，将AP加入Al/CuO体系，提高或增强AP与Al粉、CuO的接触面积，有助于AP的分解，降低AP分解温度，同时增强Al粉与CuO反应的传质与传热过程，有效地解决了铝热剂组分间反应速率慢的难题，增强含能粒子的传质传热速率；所述的制备方法操作方便，简单安全，成本低。

概括地说，本发明的纳米Al/CuO-AP含能复合粒子的制备方法包括以下四个步骤：纳米CuO粒子的制备；Al/CuO含能材料的制备；含纳米Al/CuO的AP溶液的制备；纳米Al/CuO-AP复合粒子的制备。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种纳米Al/CuO-AP含能复合粒子的制备方法，包括以下步骤：

(1)纳米CuO粒子的制备：

将Cu(NO₃)₂或其水合物加入DMAC(二甲基乙酰胺)与H₂O的混合溶剂中升温；将NaOH加入与前述相同的DMAC与H₂O混合溶剂中升温至相同温度，然后将NaOH溶液加入到Cu(NO₃)₂溶液中反应，反应产物经过滤、洗涤、干燥，得到纳米CuO粒子；

(2)纳米Al/CuO的制备；

将步骤(1)制备的纳米CuO加入到含PVP(聚乙烯吡咯烷酮)的异丙醇溶液中超声反应，经离心、洗涤、干燥后得到PVP修饰的纳米CuO，将前述PVP修饰的纳米CuO与纳米Al粉加入异丙醇中超声反应，离心、洗涤，干燥，得到纳米Al/CuO；

(3)含纳米Al/CuO的AP溶液的制备；

将步骤(2)制备的纳米Al/CuO超声分散到含AP的有机溶剂中，得到含纳米Al/CuO的AP溶液；

(4)纳米Al/CuO-AP复合粒子的制备:

将步骤(3)得到的含纳米Al/CuO的AP溶液加入到旋转蒸发器中，旋转蒸发后得到纳米Al/CuO-AP含能复合粒子。