[发明专利]基于碱性催化溶胶凝胶法制备Al/CuO纳米含能材料的方法

说明书

本发明公开了一种基于碱性催化溶胶凝胶法制备Al/CuO纳米含能材料的方法，以尿素为碱性催化剂，十二烷基磺酸钠为表面活性剂，在弱碱性环境下采用sol‑gel方法制备Al/CuO纳米含能材料；所述弱碱性环境的pH在7‑9之间。解决了Al/CuO体系凝胶条件较难控制的问题，使凝胶时间变短，避免了nAl在CuO凝胶中的沉降，解决了纳米含能材料混合后易各自沉降而分散性差的问题。

技术领域

本发明涉及复合含能材料领域，具体涉及为一种基于碱性催化溶胶凝胶法制备Al/CuO纳米含能材料的方法。

背景技术

含能材料是指含有爆炸性基团或者由氧化剂和燃烧剂所构成、能够独立地进行化学反应燃烧或爆炸并输出能量的单质化合物或者混合物。其中，复合含能材料种类最多且威力巨大，受到广泛研究。nAl/CuO构成的复合体系是一类重要的纳米复合含能材料，其理论热焓密度为4.07kJ/g,相对其他体系较高，故是通用含能铝热体系之一，因此当前有许多研究者投入纳米Al/CuO体系纳米复合含能材料配方及制备方法的开发。有研究报道使用抑制反应研磨法、溅射沉积法制备纳米Al/CuO体系纳米含能材料，但是研磨混合容易导致温度上升而有加工危险，而沉积方法设备昂贵、加工条件要求苛刻且加工温度要严格控制，不能太高，这不利于实用化。故现在有研究者基于sol-gel法获取Al/CuO纳米复合含能材料。由溶胶凝胶法制备的复合材料具有能量密度高、撞击感度低、燃烧速度快，且可以通过颗粒的大小控制其燃烧速度。含能材料的起爆和爆轰性能受其微观结构的影响很大，而溶胶-凝胶法对含能材料加工最引人瞩目的特点就是它能对组分进行精确控制，进而为得到密度可控且均匀的材料提供了可行性。另外，它还能容许各组分在纳米规格上的直接混合。

当前，基于sol-gel制备Al/CuO纳米复合含能材料体系的方案中比较典型的有氯化铜与环氧丙烷反应路线，但是实践中发现该路线对Al分散较为困难，不利于纳米Al粒子与CuO的混合。

因此，急需新的sol-gel法路线合成纳米Al/CuO复合含能体系来弥补这些不足。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于碱性催化溶胶凝胶法制备Al/CuO纳米含能材料的方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于碱性催化溶胶凝胶法制备Al/CuO纳米含能材料的方法，其特征在于：该方法以尿素为碱性催化剂，十二烷基磺酸钠为表面活性剂，在弱碱性环境下采用sol-gel方法制备Al/CuO纳米含能材料；所述弱碱性环境的pH在7-9之间；具体包括如下步骤：

S1、采用溶胶凝胶法制备湿凝胶

将氧化剂组分前驱体与燃料组分分别溶于无水乙醇后，加入至弱碱性环境中，滴加去质子剂环氧丙烷以形成湿凝胶；具体地：

称取一定量的十二烷基磺酸钠、尿素和5mL去离子水，置于三口瓶中，在50℃的恒温水浴锅中350r/s搅拌1h,测其ph在7-8之间显弱碱性；

将Cu(NO₃)₂·3H₂O分散在3mL无水乙醇中，置于超声水浴中超声30min后滴加入上述三口瓶中；然后滴加5mL的环氧丙烷，260r/s搅拌20min；

取纳米铝粉(nAl)将其分散在3mL无水乙醇中，密闭后置于超声水浴中超声10min后，滴加入上述三口瓶中，搅拌1h后取出密封，在冰箱中静置得到湿凝胶；

S2、采用冷冻干燥法制备干凝胶

将所得的湿凝胶置于真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥，即得nAl/CuO复合材料。

进一步地，所述步骤S1中，十二烷基磺酸钠的用量为0.7-0.85g左右，尿素的用量为2-3.2g左右。

进一步地，所述步骤S1中，在冰箱中静置2-3天