[发明专利]一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括：Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将有机溶剂与黏结剂混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；纳米铝热剂高燃速微管道的制备：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过核壳喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂空心纤维。本发明制备的空心纤维具有良好的自支撑性能没有坍塌现象，空腔和纤维壁具有很好的同轴度，很好的结合了纳米铝热剂结构的优势提高纳米铝热剂的燃烧性能。本发明的方法具有操作简单、直接制造、快速制造、稳定燃速高等特点，同时这种空心纤维制备方法具有适用广泛性优点。

技术领域

本发明属于含能材料的开发与应用技术领域，尤其涉及一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的制备方法。

背景技术

纳米铝热剂(又称亚稳态分子间复合材料，MIC)，由一种纳米级金属燃料和一种金属氧化物组成。在纳米铝热剂中，铝被广泛使用作为燃料，使用的氧化剂包括但不限于CuO、Fe₂O₃、MoO₃、WO₃、Bi₂O₃和氟聚物，燃烧时燃料和氧化剂发生非常快速的氧化还原反应。由于铝热剂的高能量密度、高反应温度、快速反应等特点，使其在铁轨焊接、汽车安全气囊、点火器、微推进系统、微机电系统(MEMS)和炸药高能添加剂等方面都有应用。各种纳米铝热剂结构上的研究，包括纳米空心球、核壳结构和铝热剂配方的研究，都被广泛研究来提高铝热剂的反应性能。但是，众所周知铝热剂在燃烧过程中产生的气体产物较少，而气体是传质传热的主要载体，这限制了铝热剂的发展。正是由于铝热剂燃烧产气量少，削弱了其在能量密度方面的优势，限制其在起爆和爆轰领域的进一步应用。很多研究工作者在制备铝热剂时选用氟聚物作为黏结剂，由于氟聚物和铝粉反应极大的增加了气体产物的释放量，这恰恰提供了一定的压力补偿改善了铝热剂的弱势，从而有研究据此提出了各种提高铝热剂燃烧传播速度或增压的设计。许多制备方法，如自组装、物理混合、化学气相沉积、溶胶-凝胶合成、静电纺丝、静电喷雾，已被研究来制造铝热剂，往往都是通过增加界面接触面积来提高铝热剂的各种性能。另一方面，减小颗粒尺寸用纳米颗粒取代微米颗粒来进一步增加接触表面，从而提高反应面积，增加其反应性能。虽然这些方法都已被证明可以提高反应性能，但进一步的进展可能会受到制备过程中工艺的限制，如混合均匀程度、颗粒大小、含能材料感度、铝粉的钝化和制造成本。本发明使用核壳喷嘴直接直写制造空心结构的纳米铝热剂，提供了一种通过直接制造特殊结构含能材料的方法来优化含能材料的输出性能(包括压力，燃烧热，燃烧传播速度等)，而不需要改变含能材料配方或者降低颗粒尺寸。这种核壳打印制备的纳米铝热剂空心纤维在燃烧过程中由于空腔的存在增强了热气对流能量的传输，使未燃烧的前端纳米铝热剂预热，最终达到较高的稳定燃烧速度。本发明具有操作性强、易于实施、适应复杂装药，快速制造、安全可靠等优点。所述发明具有潜在民用和军事应用价值，包括微推进系统、气体发生器、MEMS应用等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，旨在解决含能材料燃烧传播速度和结构能量学上的一些局限性，希望通过制备这种纳米铝热剂空心纤维结构，在不改变铝热剂配方的情况下提高纳米铝热剂的能量输出性能。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将有机溶剂与黏结剂混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌24小时，混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤二、纳米铝热剂高燃速微管道的制备：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过核壳喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂空心纤维。