隨著科技的發(fā)展,中國(guó)航天事業(yè)迅速崛起。作為航天領(lǐng)域的“動(dòng)力來(lái)源”,推進(jìn)劑的選擇成為了重中之重,因此推進(jìn)劑組分的篩選便成為了研究重點(diǎn)。由于火箭推進(jìn)過(guò)程需要較高的能量,因此具有高放熱量的金屬燃燒劑便被廣泛研究。鋁粉由于具有耗氧量低、燃燒熱高、密度大、原材料豐富、成本較低等優(yōu)點(diǎn),在眾多金屬材料中脫穎而出。目前使用的多為微米鋁粉,但微米鋁粉有較厚的氧化層,這使得它的燃燒速率和燃燒效率都偏低,甚至還可能帶來(lái)兩相流損失、尾跡熱輻射和噴管污染等問(wèn)題,因此需要對(duì)鋁粉進(jìn)行納米化和摻雜以提高其活性;另外,新制的納米粒子具有極高的活性,一遇空氣或水便立即自燃,因此需要將其表面穩(wěn)定化以保存其能量;最后為了解決納米粒子難以和其它組分均勻混合的問(wèn)題,也需對(duì)其粒徑、形貌和親水性進(jìn)行改善。首先,利用球磨技術(shù)對(duì)微米鋁粉進(jìn)行了納米化研究,通過(guò)改變球磨助劑的種類(lèi)、球磨助劑的添加量、球磨時(shí)間以及球料比等參數(shù)確定了高活性鋁納米粒子的制備工藝,并通過(guò)穩(wěn)定化處理獲得了類(lèi)球形的、高比表面積的和可快速燃燒的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子。結(jié)果表明,球磨時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響鋁粉的活性,當(dāng)球磨時(shí)間為14 h,制備出的鋁粉呈類(lèi)球形,粒徑約為30 nm,比表... 

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球磨罐內(nèi)的物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(a)傾瀉，(b)拋落，(c)周轉(zhuǎn)

第1章緒論15點(diǎn)火更敏感。1.2.4.2有機(jī)物包覆Smith[54,55]等人為了去除鋁粉外的氧化層，將鋁粉添加到碘酸的濃溶液中進(jìn)而用碘化鋁六水合物(AIH)來(lái)代替氧化層。結(jié)果表明AIH包覆的納米鋁具有較高的活性，并且燃燒的火焰速度高達(dá)3200m/s。根據(jù)這一結(jié)果，Gottfried[56]等人拓展了這項(xiàng)研究的應(yīng)用，他們采取激光誘導(dǎo)的方式對(duì)含能材料進(jìn)行空氣沖擊，結(jié)果顯示與三硝基甲苯(TNT)爆轟速度相比，TNT-AIH復(fù)合材料的爆轟速度增強(qiáng)了30%。Jacob[57]等人報(bào)道了一種使用硝化纖維素(NC)包覆鋁納米粒子的方法，利用高能粘合劑的低溫分解，可以進(jìn)一步增強(qiáng)鋁納米粒子的分散，從而減少鋁納米粒子在燃燒開(kāi)始時(shí)的結(jié)塊。另外，未包覆的鋁納米粒子在燃燒過(guò)程中會(huì)形成一些非常大的金屬球體，這是由于較大的團(tuán)塊燒結(jié)形成較大的液滴，隨后大液滴在氧化環(huán)境中燃燒所產(chǎn)生的結(jié)果。相比之下，由于NC的熱分解和隨后在較低溫度下所產(chǎn)生氣體有利于鋁納米粒子的分散，因此NC包覆后的鋁納米粒子則能夠燃燒得更完全。Zeng[58]等人通過(guò)原位接枝法合成了GAP包覆鋁納米粒子的產(chǎn)物。其具體操作步驟如圖1-9所示。圖1-9GAP包覆鋁納米粒子的形成過(guò)程示意圖[58]Fig.1-9SchematicdiagramoftheformationprocessofGAPpassivatedaluminumnanoparticles[58]首先，將鋁納米粒子放入具有乙酸丁酯的容器中并對(duì)其進(jìn)行超聲。然后以一定的時(shí)間間隔將二月桂酸二丁基錫(DBTDL)和2,4-二異氰酸甲苯酯(TDI)引入到容器中并攪拌1小時(shí)。之后，將混合物過(guò)濾并用乙酸丁酯洗滌并轉(zhuǎn)移到裝

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文16有300mL乙酸丁酯的容器中。在劇烈攪拌下再次加入相同量的DBTDL。最后將GAP加入到容器中并保持?jǐn)嚢?h即可得到GAP包覆鋁納米粒子的產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋁納米粒子的表面形成了一種-O-(CO-NH)-的化學(xué)鍵，而且包覆層的厚度可以通過(guò)改變反應(yīng)物的相對(duì)比例來(lái)調(diào)節(jié)。此外，穩(wěn)定化后的納米粒子的疏水性大幅度提高，疏水角從原來(lái)的20.2°提高到了142.4°，這說(shuō)明GAP包覆的鋁納米粒子能夠在潮濕的環(huán)境中良好保存，而且在熱水中的穩(wěn)定性也顯著提升。為了保留鋁納米粒子的活性，李鑫[59]等人先在惰性氣氛下用硅烷偶聯(lián)劑預(yù)處理鋁納米粒子，之后利用聚疊氮縮水甘油醚(GAP)對(duì)鋁納米粒子進(jìn)行包覆，包覆后的產(chǎn)物和未包覆的粒子相比熱穩(wěn)定性明顯提高，這說(shuō)明利用GAP作為包覆劑來(lái)包覆鋁納米粒子具有一定的可行性。Chung[60,61]等人使用環(huán)氧異丁烷、環(huán)氧己烷和環(huán)氧十二烷作為包覆劑來(lái)包覆鋁納米粒子，制備方案如圖1-10所示。圖1-10鋁納米粒子被環(huán)氧化物鈍化[60]Fig.1-10Passivationofaluminiumnanoparticleswithepoxides[60]首先是鋁烷在異丙醇鈦?zhàn)鞔呋瘎┑淖饔孟路纸馍射X納米粒子(如方程式1-13所示)，之后環(huán)氧化物在鋁納米粒子的作用下開(kāi)環(huán)，開(kāi)環(huán)后包覆劑中的O和Al相互作用而形成穩(wěn)定的Al-O鍵，進(jìn)而起到穩(wěn)定化鋁納米粒子的作用。通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧己烷和環(huán)氧十二烷包覆后的鋁納米粒子在空氣能


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