[发明专利]一种具有微纳层状结构的复合含能材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有微纳层状结构的复合含能材料及其制备方法，属于含能材料技术领域。所述复合含能材料的介观结构具有规则层状单元，层状单元周期性排布，层状单元由微纳米含能材料分子和高分子材料定向自组装排列组成。所述复合含能材料通过采用含能材料基高分子溶胶定向冷冻方法，再冷冻干燥获得，基于冰模板生长效应，在微观层面上实现复合含能材料微纳米层状单元的周期性、规则化堆砌并有序排列，最终获得具有微纳层状结构的复合含能材料。所述复合含能材料与传统颗粒含能材料相比，具有性能改善的益处，可用于特定的装药应用。

技术领域

本发明涉及一种具有微纳层状结构的复合含能材料及其制备方法，具体地 说，涉及一种具有微纳层状结构的复合含能材料，所述复合含能材料通过采用 含能材料基高分子溶胶定向冷冻方法，再冷冻干燥获得，属于含能材料技术领 域。

背景技术

复合材料通过组分间化学物理相互作用，有机地重组两种或多种复合组成 成分微观结构，结合并兼顾各复合组分的理化特性，实现性能改善和强化的目 的。特别对于复合含能材料，利用所引入组分的突出理化性能，根据一定的微 结构设计，对复合含能材料进行宏观力学性能与能量输出效率调控，实现多功 能、多层次的性能改进，以满足不同应用场所的需要。当前研究表明，复合含 能材料在不同尺度下的复合微观结构、界面状态以及组分分散性等微结构特征， 对其复合材料的最终性能有着较大影响。因此，通过调控复合含能材料微观结 构，界面关系以及组分间的分散性，实现特定能效的改善或应用性能的提升成 为目前含能材料领域研究的重点。

微纳层状结构复合含能材料已为新兴研究热点。通过微观结构设计，调控 组分间的复合形式，获得理想的复合微观结构与界面状态，可以有效提升复合 含能材料的理论能效。如2008年，中国工程物理研究院化工材料研究所张朝阳 等人计算模拟表示在分子尺度下的二维单层石墨烯在复合含能材料体系中层状 周期排布，能降低层状晶体的剪切模量，利于耗散外界刺激能力，最终实现降 感(Chaoyang Zhang,Xiaochuan Wang,and HuiHuang,π-Stacked Interactions in Explosive Crystals:Buffers against ExternalMechanical Stimuli,J.Am.Chem.Soc. 2008,130,26,8359–8365.)。2016年，中国工程物理研究院化工材料研究所何冠 松等人也指出层状导热组分在复合炸药体系中均匀分散形成网络化复合结构， 可以有效改善塑性粘接炸药的热传导(Guansong He,Zhijian Yang,Xiaoyu Zhou, Jianhu Zhang,Liping Pan,Shijun Liu,Polymer bonded explosives(PBXs)with reduced thermal stress and sensitivity by thermal conductivityenhancement with graphene nanoplatelets,Compos.Sci.Technol.,2016,131,22-31)。2016年，西北工 业大学严启龙等人也引入层状含能材料的概念，证实了层状堆砌微结构复合含 能材料可以实现提升爆轰能力与热释放效率(Qilong Yan,Peijin Liu,Aifeng He,Jiankan Zhang,Yue Ma,Haixia Hao,Fengqi Zhao,Michael Gozin,Photosensitive butmechanically insensitive graphene oxide carbohydrazide-metal hybridcrystalline energetic nanomaterials.Chem.Eng.J.,2018,338,240-247.)。可见，获得层状微纳 结构复合含能材料是提高含能材料能量输出效率、安全性能以及力学性能的重要途径。

但是，综合当前的文献，目前的研究还处于概念发展阶段，现有方法技术 因其制备技术机理的局限难以实现大规模制备，所制备的层状结构只具有局部 较小比例，且很难实现规模化均一化的样品批量制备。对于结构化复合含能材 料而言，小范围内存在层状微结构很难给出对性能影响的准确评价。