隨著科技的發(fā)展,中國航天事業(yè)迅速崛起。作為航天領域的“動力來源”,推進劑的選擇成為了重中之重,因此推進劑組分的篩選便成為了研究重點。由于火箭推進過程需要較高的能量,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,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,甚至還可能帶來兩相流損失、尾跡熱輻射和噴管污染等問題,因此需要對鋁粉進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題,也需對其粒徑、形貌和親水性進行改善。首先,利用球磨技術對微米鋁粉進行了納米化研究,通過改變球磨助劑的種類、球磨助劑的添加量、球磨時間以及球料比等參數確定了高活性鋁納米粒子的制備工藝,并通過穩(wěn)定化處理獲得了類球形的、高比表面積的和可快速燃燒的核殼結構納米粒子。結果表明,球磨時間的長短直接影響鋁粉的活性,當球磨時間為14 h,制備出的鋁粉呈類球形,粒徑約為30 nm,比表... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省211工程院校985工程院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

球磨罐內的物體的運動狀態(tài)(a)傾瀉，(b)拋落，(c)周轉

第1章緒論15點火更敏感。1.2.4.2有機物包覆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而用碘化鋁六水合物(AIH)來代替氧化層。結果表明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3200m/s。根據這一結果，Gottfried[56]等人拓展了這項研究的應用，他們采取激光誘導的方式對含能材料進行空氣沖擊，結果顯示與三硝基甲苯(TNT)爆轟速度相比，TNT-AIH復合材料的爆轟速度增強了30%。Jacob[57]等人報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，可以進一步增強鋁納米粒子的分散，從而減少鋁納米粒子在燃燒開始時的結塊。另外，未包覆的鋁納米粒子在燃燒過程中會形成一些非常大的金屬球體，這是由于較大的團塊燒結形成較大的液滴，隨后大液滴在氧化環(huán)境中燃燒所產生的結果。相比之下，由于NC的熱分解和隨后在較低溫度下所產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]等人通過原位接枝法合成了GAP包覆鋁納米粒子的產物。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其進行超聲。然后以一定的時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。之后，將混合物過濾并用乙酸丁酯洗滌并轉移到裝

哈爾濱工業(yè)大學工學博士論文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攪拌2h即可得到GAP包覆鋁納米粒子的產物。實驗結果表明，鋁納米粒子的表面形成了一種-O-(CO-NH)-的化學鍵，而且包覆層的厚度可以通過改變反應物的相對比例來調節(jié)。此外，穩(wěn)定化后的納米粒子的疏水性大幅度提高，疏水角從原來的20.2°提高到了142.4°，這說明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劑預處理鋁納米粒子，之后利用聚疊氮縮水甘油醚(GAP)對鋁納米粒子進行包覆，包覆后的產物和未包覆的粒子相比熱穩(wěn)定性明顯提高，這說明利用GAP作為包覆劑來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作催化劑的作用下分解生成鋁納米粒子(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環(huán)，開環(huán)后包覆劑中的O和Al相互作用而形成穩(wěn)定的Al-O鍵，進而起到穩(wěn)定化鋁納米粒子的作用。通過觀察實驗現象可以發(fā)現，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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