[发明专利]一种核壳结构的二硝酰胺铵包覆铝微纳复合物的制备方法

说明书

本发明涉及一种核壳结构二硝酰胺铵包覆铝微纳复合物的制备方法。本方法采用原位结晶法，使用二硝酰胺铵(ADN)作为绿色氧化剂，铝粉(Al)作为金属燃料，使ADN从溶液中结晶在铝粉的表面，从而生成粒径均匀、形貌良好的核壳型ADN包覆Al微纳复合物。与传统的氧化剂相比，该ADN氧化剂对环境友好无污染。与传统的制备微纳复合物的方法相比，该方法简单易行，可操作性强，氧化剂与燃料比例可控，适合放大生产，是固体推进剂和火炸药等微纳复合含能材料技术发展的重要方向。

技术领域

本发明涉及一种含能复合物的制备方法，属于含能材料制备领域。

背景技术

金属燃料(如铝和镁)和氧化剂可以组成微纳含能复合物，其中至少一种为纳米尺度。铝粉含量丰富、成本较低，具有优异的热释放、低温氧化能力等，是含能材料领域应用较广的金属燃料之一，常被用作微纳含能复合物的燃料。在复合物中，常用的氧化剂主要包括金属氧化物，如CuO、Fe₂O₃、MnO_x和Co₃O₄等，非金属氧化物如高氯酸铵(AP)、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟聚醚(PFPE)、聚偏氟乙烯(PVDF)以及四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物(THV) 等。专利CN 105665718 A公开了一种纳米Al/AP含能复合粒子的制备方法；专利 CN 11393241 A公开了一种Al、Fe₂O₃、PTFE纳米复合含能材料的制备方法；专利CN110499439 A公开了一种Al/Cu₂O/PFPE复合含能材料的制备方法。这些专利中，所用氧化剂均含有卤素元素(氟、氯等)，在燃烧时会产生剧毒的酸和有毒气体，对环境造成危害和污染。

二硝酰胺铵(ADN)作为一种绿色高能氧化剂，具有熔点低、能量高、无卤素、特征信号低、环境友好等优点，是固体推进剂中AP的理想替代物。专利 CN 104447148 A公开了一种ADN/Al/M_xO_y三元纳米复合含能材料的制备方法，但该方法步骤复杂，需陈化3～15天形成湿凝胶，在制备过程中加入不含能的质子捕获剂(1,2-环氧丙烷、1,3-环氧丙烷、3,3-二甲基氧杂环丁烷中的一种)，且需要在二氧化碳超临界条件下(45～55℃，压力9～10MPa)进行干燥6～48h。该过程中所涉及到的超临界干燥工艺需要的实验周期相对较长，产量较低，成本较高，对超临界干燥釜仪器装置的密闭性要求较高。

现有的微纳复合物的制备方法主要包括机械混合法、溶胶-凝胶法、蒸汽沉积法、自组装法、电泳沉积、静电纺丝、静电喷雾、原位聚合、3D-打印、喷墨打印等。传统的机械混合方式，存在各组分之间分布不均匀、易团聚、传质距离远等缺点。溶胶-凝胶法生产的产品纯度不高，含有残余溶剂，不适合工业化生产。蒸汽沉积法对设备的要求较高，不适合大规模生产。自组装法在制备过程中通常会引入表面改性剂或生物大分子等非含能材料，原位聚合法在材料中也引入了非含能的高聚物作为界面粘合层。电泳沉积、静电纺丝、静电喷雾、 3D-打印、喷墨打印法需要专门特殊的仪器设备。

本发明在专利申请“202110766672.3”的基础上，提出了一种创新性的微纳含能复合物制备方法——原位晶体生长法，即将铝粉(Al)分散在ADN的非溶剂中，使得ADN在铝粉的表面成核、生长形成晶体，最终形成具有铝粒子为核， ADN为壳的核壳结构的ADN包覆Al微纳复合物。该ADN包覆Al微纳复合物， ADN与铝粉之间的紧密接触促进了其间的传热及传质过程，可以促使铝基燃料体系的能量释放速率提高。

发明内容

要解决的技术问题

本发明的目的之一在于制备出一种含有绿色氧化剂ADN和金属铝粉的核壳结构的微纳含能复合物，具有能量密度高、安全特性好、化学稳定性好、能量释放效率快、燃烧性能好等优势。

本发明的目的之二在于针对现有微纳复合物制备方法存在的问题，发明了一种反应周期短、操作简便、安全性高、可放大生产的制备微纳含能复合物的原位晶体生长方法，且在最终产物中没有引入任何非含能材料。