[发明专利]一种高安全性叠氮化物气凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高安全性叠氮化物气凝胶及其制备方法，属于含能材料技术领域。该叠氮化物气凝胶主要采用静电纺丝和凝胶法，通过冷冻干燥、高温煅烧和原位叠氮化过程制备得到。本发明得到的叠氮化物气凝胶型起爆药，与传统的叠氮化物相比，安全性能得到大幅提升，气凝胶中具有多孔碳骨架结构，可以均匀负载金属粒子，并增强了体系的的导热、导电性能，有效缓解了外界刺激。且气凝胶材料可通过改变模具得到任意所需形状，能与MEMS工艺相兼容，大幅提高装药过程的安全性。

技术领域：本发明属于含能材料技术领域，涉及一种高安全性叠氮化物气凝胶及其制备方法。

背景技术

随着武器系统向微型化、智能化方向发展，能与MEMS技术相兼容的微纳结构火工药剂和相应的装药工艺也迅速发展起来。目前常用的火工药剂主要包括斯蒂芬酸铅、改性叠氮化铅，以及具有更高起爆性能的叠氮化铜、叠氮化银等叠氮化物。但极高的静电感度和机械感度大大限制了上述叠氮化物在实际中的应用，且粉末装药方式与MEMS工艺不匹配，存在一定安全隐患。

为了解决这些问题，一些研究人员采用添加具有优异导热、导电性能的碳纳米材料(如石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管等)来增强体系的感度性能；或引入MOF等新材料构建多孔碳和碳骨架结构，以减少粒子的团聚和静电积累，从而实现降感的目的。这些研究在一定程度上都取得了较佳的效果，但上述方法往往存在制备方法复杂，合成成本较高的问题，且所制备得到的叠氮化物仍多以安全系数较低的粉末为主。因此，设计一种制备方法简便、制造成本低、感度适中、且适用于MEMS微装药工艺的叠氮化物起爆药具有重要意义。

凝胶是一种可通过分子间相互连接形成的三维网络结构，具有较大的比表面积和较佳的力学性能，采用金属离子制成的交联凝胶也可具备与MOF材料相似的结构特点——金属离子可均匀分布在有机骨架上，且冻干后的凝胶也可具备丰富的孔径结构，再辅以高温煅烧过程便可获得具有高比表面积和优异力学性能、热性能的多孔碳骨架。这种方法与MOF的制备过程相比，不仅流程简单，还不需要添加额外的有机溶剂，更加环保。而静电纺丝技术具有制备工艺简便、生产成本低、可实现批量化生产纤维薄膜的优势，因此可将凝胶法与静电纺丝技术相结合，先采用静电纺丝技术得到含有金属离子的纳米纤维，通过预分散和冷冻干燥获得纳米结构的三维凝胶，再通过高温煅烧制备三维结构的纳米纤维气凝胶，最后通过原位叠氮化获得高安全性、适用于MEMS微装药的叠氮化物气凝胶。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高安全性、适用于MEMS微装药的叠氮化物气凝胶及其制备方法。该叠氮化物是采用静电纺丝技术制备得到含有金属离子的纳米纤维，通过预分散和冷冻干燥得到三维凝胶，再经过碳化处理和原位叠氮化过程得到叠氮化物气凝胶。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：设计制备一种叠氮化物气凝胶，该叠氮化物气凝胶材料更易于加工成型，能与MEMS工艺相兼容。该叠氮化物气凝胶采用静电纺丝法和凝胶法共同制备得到，主要包括纺丝液配置、静电纺丝、冷冻干燥、高温煅烧(纤维碳化)和原位叠氮化等步骤。

本发明所涉及的叠氮化物气凝胶的制备方法，其具体步骤为：

步骤一、将可溶性金属盐和高分子聚合物以一定质量比置于溶剂中，搅拌至其完全溶解得到纺丝基液，然后将溶液注入带有金属喷头的注射器中。静电纺丝得到纤维薄膜，揭下后置于烘箱中干燥。

步骤二、将步骤一中的纤维薄膜裁剪成1*1cm的方片，将其置于溶液中充分搅拌和分散，然后将得到的纤维凝胶倒入提前备好的模具中，置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥

步骤三、将步骤二中制备的冻干的凝胶在氮气气氛中进行高温煅烧，得到具有多孔碳骨架结构的三维纳米纤维气凝胶。

步骤四、将叠氮化钠与硬脂酸置于气体发生器中混合均匀，将步骤三中得到的纳米纤维气凝胶置于单向通气管中。在120℃条件下，叠氮化反应生成的叠氮酸气体经过单向通气管通入纤维气凝胶中反应24h后，即可得到叠氮化物气凝胶。