[发明专利]一种采用全氟烷酸表面钝化的纳米硼燃料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种采用全氟烷酸表面钝化的微纳米硼燃料及其制备方法，所述微纳米硼燃料包括表面无氧化层的微纳米硼粉和包覆其外的全氟烷酸，以微纳米硼燃料的总重量计，所述微纳米硼燃料中硼的含量为96～99重量％，全氟烷酸的含量为1～4重量％。本发明中的采用全氟烷酸表面钝化的纳米硼燃料具有活性成分含量高、在空气中贮存稳定性高、能量释放完全、制备工艺简单、适用范围广等优点。本发明公开的采用全氟烷酸表面钝化的微纳米硼燃料的制备方法中的残余溶液和溶剂均可回收再利用，制备方法简单、安全、绿色。

技术领域

本发明涉及一种无氧化层的高活性纳米硼燃料，具体涉及一种采用全氟烷酸表面钝化的微纳米硼燃料及其制备方法。

背景技术

硼是含能材料领域重要的一种高能量密度燃料，其理论燃烧热可达57.9kJ/g，是最常用的铝(～31.8kJ/g)燃料的1.8倍。因此，在含能材料中添加硼粉是提高复合含能材料能量指标的有效措施。但硼粉在含能材料爆轰或燃烧过程中存在反应完成度低、反应速率低，氧化产生的致密的凝聚态钝化层还会阻止其进一步氧化等问题，制约了含能材料理论储能的释放。此外，由于燃烧过程中产生的氧化硼粘度大，在采用氧弹测定硼的燃烧热值时难以得到准确值。

对影响铝粉燃烧效率的研究中，含氟有机物，尤其是含氟高分子材料(如聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯PTFE等)引起了非常大的关注。氟元素因其极强的电负性，在受到外界刺激的作用下可与硼首次发生络合反应，并在其后发生氟化反应，生成低沸点的氟化硼，可提高硼的反应完全性，该反应首先在研究含硼水下炸药时被发现，氟化物的加入有效地提高了水下炸药的威力。此外，硼在氟化反应中所产生的热量明显高于氧化等质量硼所产生的热量。

但上述含氟有机高分子材料普遍存在含氟量低，氟化等质量燃料硼所需氟化剂质量过高的问题，以传统氧化剂高氯酸铵(AP)为例，氧化1g硼需要AP 4g；而氟化1g硼需要7gPTFE或9g PVDF。并且，由于高分子内稳定的主链结构和高键能，氟元素解离需要较大的外部能量，导致其使用困难，氟元素的释放率低，对铝的氟化也很难达到理想的水平。

近年来，有一类氟氧有机化合物在含能材料引起了一些关注，长链全氟有机酸(全氟烷酸)可通过羧酸与金属燃料表面钝化层的反应将纳米金属粉表面功能化，从而大大提高金属化含能药剂的反应速率。但酸的引入会导致含能材料长期贮存安定性较差的问题，不能作为复合含能材料中氧化性元素的主要来源，因此全氟烷酸在含能材料中的大规模应用需要经过大量实验验证。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供一种采用全氟烷酸表面钝化的微纳米硼燃料，其燃烧效率高、能量释放完全、制备工艺简单，可按一定比例用于混合炸药或固体推进剂中大幅提高复合含能材料的能量密度。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供所述微纳米硼燃料包括表面无氧化层的微纳米硼粉和包覆其外的全氟烷酸，以微纳米硼燃料的总重量计，所述微纳米硼燃料中硼的含量为96～99重量％，全氟烷酸的含量为1～4重量％。

本发明的第二方面提供一种采用全氟烷酸表面钝化的微纳米硼燃料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将所述全氟烷酸溶于无氧化性基团的有机溶剂中，得到饱和溶液；

(2)将所述表面无氧化层的微纳米硼粉置于所述饱和溶液中，超声振动至获得均质悬浮液；

(3)将所述悬浮液置于真空旋转蒸发仪中进行真空旋蒸，馏出部分所述溶剂，析出部分所述全氟烷酸，剩余悬浮液过滤干燥得到所述采用全氟烷酸表面钝化的微纳米硼燃料。

本发明的第三方面提供一种表面无氧化层的微纳米硼粉的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将微纳米硼粉经蒸馏水煮沸，使表面氧化硼形成水化层；

(2)采用蒸馏水重复洗涤，去除所述水化层；