[发明专利]P4VP自组装制备纳米铝/多孔氧化铜纳米铝热剂的方法

说明书

本发明公开了一种P4VP自组装制备纳米铝/多孔氧化铜纳米铝热剂的方法。该方法分为两个阶段，第一个阶段，采用Cu(NO₃)₂·H₂O和尿素获得氧化铜前驱体，然后将其在高温煅烧以获得片状的多孔氧化铜，接着将多孔氧化铜与纳米铝粉通过物理混合的方式得到nAl/pCuO含能复合材料；第二个阶段为P4VP自组装阶段，配制P4VP异丙醇溶液，然后加入纳米铝粉超声分散，接着边搅拌边加入多孔氧化铜悬浮液，最后对纳米铝粉和氧化铜再次进行超声分散，将悬浮液经过抽滤、洗涤便可获得nAl/pCuO@P4VP纳米铝热剂。本发明制备的纳米铝热剂，组分间团聚现象减少，纳米铝粉与氧化铜之间接触的面积大大增加，对于提高纳米铝热剂的能量释放和反应性能有促进作用。

技术领域

本发明属于含能材料的制备技术领域，涉及一种P4VP自组装制备纳米铝/多孔氧化铜纳米铝热剂的方法。

背景技术

纳米铝热剂通常是由纳米金属(Al、Mg等)和金属氧化物(CuO、Co₃O₄等)组成的亚稳态复合材料，由于其具有高反应活性和高能量密度等优点，已成为纳米含能材料研究中的一个重要方向，引起了许多研究者的兴趣。目前，纳米铝热剂的制备方法主要包括：物理混合、溶胶-凝胶法、抑制反应球磨法、自组装法、物理气相沉积法、原子层沉积等。

其中物理混合法是制备纳米铝热剂最简单的方法，采用超声技术将纳米铝粉和氧化物均匀地分散在有机溶剂中，但该方法制备的纳米铝热剂容易出现混合不均匀、产品一致性差的问题。溶胶-凝胶法在制备过程中引进的有机杂质会使纳米含能材料的反应活性降低，此外还会出现团聚现象。物理气相沉积和原子层沉积虽然能够使不同组分间的接触更为紧密，缩短反应物的传质距离，但这些方法成本高，对设备要求较高。自组装方法(self-assembly method)是将铝粉和功能化的纳米氧化物粒子，在纳米尺度上进行复合，制备出的纳米复合材料由于粒子间的紧密接触而对其性能有明显提高。为了更加有序的组装，常将金属粒子包覆在纳米棒状结构的物质表面，或者在介孔氧化物中的有序孔道中。

目前在自组装纳米铝热剂的研究中，常常利用一些表面活性剂和生物分子来实现纳米铝粉与氧化物直接的复合。例如，Slocik等在笼形铁蛋白上负载Fe₂O₃纳米粒子，然后将负载完的笼形铁蛋白与纳米铝组装。(Slocik J M,Crouse C A,Spowart J E,etal.Biologically tunable reactivity of energetic nanomaterials using proteincages[J].Nano Letters,2013,13(6):2535-2540.)熊文慧使用P4VP包覆纳米Co₃O₄，并将其与纳米铝粉进行复合，制备的棒状纳米铝热剂释放热量达2612J·g^-1,体现出良好的热学性能(熊文慧.Co₃/O₄/Al纳米铝热剂的制备、表征及燃烧性能研究[D].南京理工大学,2017.)。

发明内容

本发明目的在于提供一种P4VP自组装制备纳米铝/多孔氧化铜纳米铝热剂的方法。通过在纳米氧化物颗粒表面包覆一层表面活性剂，纳米铝颗粒通过氧化物表面的静电引力，使纳米铝与氧化物在分子水平上组装，使其达到有序控制状态。这样的有序排列会使氧化物颗粒与纳米铝颗粒间的接触更加紧密，反应接触面积也会增加，从而促使铝热剂的燃烧性能增强。

实现本发明的技术方案如下：

一种P4VP自组装制备纳米铝/多孔氧化铜纳米铝热剂的方法，包括以下步骤:

步骤1：采用三水合硝酸铜和尿素为原料，通过水热合成法制备多孔氧化铜前驱体。

步骤2：将氧化铜前驱体通过高温煅烧的方式获得片状多孔氧化铜。

步骤3：先配制P4VP异丙醇溶液，然后先加入纳米铝粉超声分散。