[发明专利]一种双笼硼氢燃料及其制备方法

说明书

本发明属于高能燃料技术领域，具体为一种双笼硼氢燃料及其制备方法。本发明的硼氢燃料主要成份为AB₂₀H₁₈和AB₂₀H₁₉；其中，A作为阳离子，包括铵根阳离子、有机铵根阳离子、肼、配位金属阳离子；阴离子为B₂₀H₁₈^2‑或B₂₀H₁₉^3‑。制备方法包括使用B₂₀H₁₈^2‑和B₂₀H₁₉^3‑起始物与相应胺、有机铵盐、金属或金属化合物等化合物反应，制得AB₂₀H₁₈和AB₂₀H₁₉化合物的固体粉末；过滤除去溶剂，再经真空高温热处理，完全脱除溶剂后获得无溶剂目标化合物。本发明的燃料具有良好的热稳定性和优异的燃烧性能，可做为高能燃料及燃料添加使用。

技术领域

本发明属于高能燃料技术领域，具体涉及新型高能双笼硼氢燃料及制备方法。

背景技术

随着火箭发动机的进一步发展，为了满足其在短时间内产生较大推力的战略要求，开发新型高能燃料成为该领域的重点研究方向。新型高能燃料的特点是同时提高推进剂燃速和能量。现如今，硼氢化合物以其高热值、燃烧释放大量小分子等特点被认为在新型高能燃料领域具有广泛的应用前景。

硼氢化合物是一类富含硼氢元素的材料，主要包括闭式硼笼化合物、巢式硼烷化合物、金属碳硼烷等。当前,已有多个研究报道了硼氢基材料作为高能燃料的制备及研究进展。唐松青等（推进技术, 1983 (2): 35-51）报道了制备十氢十硼酸盐及其与硝酸盐的共沉淀物，可获得 300 mm s ^-1以上的高燃速。陈福泰等（化学推进剂与高分子材料, 2004, 2(1): 8-11）研究了将十二氢十二硼酸盐作为助剂，从而加速了硝胺的热分解。潘欣欣等（火炸药学报，2019，42(6)：614-620）报道了十二氢十二硼酸双四乙基铵（Et₄N)₂B₁₂H₁₂的点火与燃烧特性，证明其具有较高的热稳定性和较好的点火燃烧性能。中国专利CN108910843A报道了一种新型推进剂燃料的制备方法，将肼或其甲基衍生物与硼烷的四氢呋喃溶液均匀混合，除去溶剂后进行洗涤,得到肼基硼烷衍生物，其肼类的硼氢化物点火延迟时间极短,被认为是一种新型的航天推进剂燃料。美国专利US3791893利用氢硼酸铵盐热解法制备碳硼烷，并将硝基引入到异丙烯基碳硼烷中得到新型含能燃料。

研究发现，硼氢化合物具有优异的热稳定性，燃烧时能产生高热值，且同时可以释放大量小分子气体加速燃烧，适合作为高能燃料开发应用。本发明开发了一种新型的双笼硼氢燃料AB₂₀H₁₈或AB₂₀H₁₉，阳离子Ａ选自铵、肼、配位金属阳离子，阴离子为B₂₀H₁₈^2-或B₂₀H₁₉^3-。该类材料作为高能燃料，具有较高的热稳定性和优异的燃烧性能等优点；同时该类材料制备简便、安全，适用于高能燃料、燃料添加剂，以及燃速调节剂等方面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高热稳定性和优异的燃烧性能的双笼硼氢燃料及其制备方法。

本发明提供的双笼硼氢燃料，该材料组成主要成份为AB₂₀H₁₈或AB₂₀H₁₉，其中，A为阳离子，包括铵、肼、配位金属阳离子；阴离子为B₂₀H₁₈^2-或B₂₀H₁₉^3-。