一种纳米Al/AP含能复合粒子的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纳米含能材料的制备方法，具体涉及一种纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米含能材料由于低起始反应温度、高活化能以及高燃烧速率，受到越来越多的关注。一般由金属/金属氧化物和或无机/有机含能材料组分的纳米颗粒及基体组成。金属粉因具有增加能量、提高爆热和作功能力、改善点火性能等优点，在含能材料中得到了广泛的应用。而Al粉因其优异的热释放和低温氧化能力以及取材丰富、成本较低等优点，在含能材料领域中发挥着重要的作用。而且Al粉的粒径越小，比表面积越大，比表面能就越高，在宏观和微观上会表现出新的、优异的性能。但纳米Al粉在应用过程中易团聚、且由于其比表面能大，会消耗更多的粘结剂来润湿，导致其加工更加困难。
[0003]高氯酸铵(AP)由于其含氧量高、不含重金属离子、有较高热稳定性和化学稳定性，且价格便宜、生产工艺简单、燃烧后能够全部转化为稳定的气体产物，一直被广泛关注。
[0004]马振叶等(马振叶，李凤生，陈爱四，宋洪昌.推进技术，2004，25:373-376.)选用微米铝粉通过溶剂-反溶剂法制备了 Al/高氯酸铵复合粒子，考察了其对推进剂性能的影响。结果显示与简单混合样品相比，复合粒子中Al粉对AP有一定的催化作用；与添加纯Al粉相比，将A1/AP复合粒子加入推进剂之后，样品高温分解峰温降低，放热量大大提高，表明Al粉与AP复合处理之后能显著提高AP和推进剂的热分解性能。
[0005]Slocik，J.M.等(Slocik，J.M., Crouse ,C.A.,Spowart,J.E.,Naik,R.R.Nanoletters,2013,13:2535-2540.)采用将AP填充到经处理后的生物蛋白笼内部，然后与纳米Al粉复合的方法制备了负载AP的蛋白笼/Al粒子，通过改变蛋白笼表面带电性质实现了多层蛋白笼修饰的Al粒子的制备，结果显示，与Al粉和AP的简单混合样以及纯Al粉相比，经过复合之后的复合粒子显示出更优异的放热性能和燃烧性能，但由于加入了非含能材料的组分-生物蛋白，会对推进剂的其它性能(如相容性与力学性能)产生潜在的影响。
[0006]现有文献报道的复合粒子其组分中铝粉为微米铝粉或其制备工艺复杂，难以大量生产，尚未见高纯纳米A1/AP复合粒子的报道。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法。本发明采用溶剂蒸发法制备A1/AP含能复合粒子，所述制备方法制得的纳米A1/AP含能复合粒子是以AP包覆在纳米铝粉表面而形成核壳结构的复合材料，其中纳米Al的分散性好，纳米Al粉与AP接触面积达到最大化，放热性能大幅度提高，且与推进剂其他组分的相容性好，可加工性能也得到提高。
[0008]本发明的目的通过以下技术方案来实现:
[0009]—种纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法，包括以下步骤:
[0010](I)AP溶液的制备:
[0011]将高氯酸铵加入到有机溶剂中超声溶解，得到AP溶液；
[0012](2)含纳米Al的AP溶液的制备:
[0013]将纳米Al超声分散到步骤(I)制备的AP溶液中，得到含纳米Al的AP溶液；
[0014](3)纳米A1/AP复合粒子的制备:
[0015]将步骤(2)得到的含纳米Al的AP溶液加入到旋转蒸发器中旋转蒸发，得到纳米Al/AP复合粒子。
[0016]所述纳米Al的粒径为10?200纳米。
[0017]所述步骤(I)高氯酸铵的溶解温度优选为15?25°C。
[0018]所述步骤(I)中有机溶剂优选为乙醇或丙酮。
[0019]所述步骤(2)中纳米Al的用量为AP质量的0.25?4倍。
[0020 ] 所述步骤(2)中超声分散时间优选为1?15min。
[0021 ]所述步骤(3)中溶剂蒸发温度优选为10?30°C。
[0022]所述步骤(3)中旋转蒸发器的转速优选为100?140rpm。
[0023]所述步骤(3)中溶剂蒸发时间优选为10?25min。
[0024]溶剂蒸发法其原理是利用在加热过程中由于溶液的挥发导致溶质在溶液里的溶解度变得非常小，进而达到过饱和，而从溶液中的重新析出。溶剂蒸发法用于制备复合材料时，制备过程操作方便，简单安全，成本低，且产物纯度高，可以实现复合粒子中各组分准确定量的制备，能很大程度上克服现有技术中存在的问题。
[0025]本发明的有益效果:
[0026]本发明的纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法，选用AP对纳米Al粉原位直接进行复合，纳米Al作为晶核供AP在其表面生长，有效地阻止了纳米Al粉的团聚，提高了纳米Al的分散性，同时AP的存在能促进纳米Al的氧化燃烧。复合粒子的制备过程操作方便，制备工艺简化，适于大规模生产，且该方法可推广到其他含能复合粒子制备。本发明具体包括以下优占.V.
[0027]I)本发明的纳米A1/AP含能复合粒子表面包覆一层AP，能显著改善纳米Al粒子的团聚问题，提高纳米Al的分散性；同时由于AP包覆在纳米Al表面，使得二者接触面积达到最大化，有利于提高放热性能，还可以提高其在推进中的相互性和可加工性能。
[0028]2)采用溶剂蒸发法制备复合粒子，制备过程操作方便，简单安全，成本低，而且由于制备过程中存在的仅仅是溶剂的挥发，并未影响到复合粒子中各组分的含量变化，使得复合粒子各组分含量在制备过程保持恒定，而且制备过程中并未引入其他杂质，产物纯度尚O
[0029]3)本发明基于溶剂蒸发法，将纳米Al粉和AP直接复合，制备纳米A1/AP含能复合材料，该法适用于大量制备高纯度的复合材料。
[0030]下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以【具体实施方式】为限，而是由权利要求加以限定。
【附图说明】
[0031 ]图1实施例1制备的A1/AP含能复合粒子的XRD图。
[0032]图2实施例1制备的A1/AP含能复合粒子的SEM图。
【具体实施方式】
[0033]实施例1
[0034]—种纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法，包括以下步骤:
[0035](I )AP溶液的制备:在15°C条件下，将0.45g原料AP加入到50ml丙酮中超声溶解，得到含AP的溶液。
[0036](2)含纳米Al的AP溶液的制备:在15°C条件下，将0.30g纳米Al超声分散到步骤(I)制备的AP溶液中，超声1min后，得到含纳米Al的AP溶液。
[0037](3)纳米A1/AP复合粒子的制备:采用溶剂蒸发法，将步骤(2)得到的含纳米Al的AP溶液加入到旋转蒸发器中，控制旋转蒸发器反应温度为15°C、转速为140rpm，待反应进行15min后，在器壁上得到纳米A1/AP复合粒子。
[0038]XRD、FESEM如图1和图2所示。结果显示含能复合粒子呈球形粒子，粒径为50-1 OOnm。实施例2
[0039]—种纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法，包括以下步骤:
[0040](I)AP溶液的制备:在20 0C条件下，将0.15g原料AP加入到60ml乙醇中超声溶解，得到含AP的溶液。
[0041 ] (2)含纳米Al的AP溶液的制备:在20°C条件下，将0.225g纳米Al超声分散到步骤
(I)制备的AP溶液中，超声15min后，得到含纳米Al的AP溶液。
[0042](3)纳米A1/AP复合粒子的制备:采用溶剂蒸发法，将步骤(2)得到的含纳米Al的AP溶液加入到旋转蒸发器中，控制旋转蒸发器反应温度为10°C、转速为lOOrpm，待反应进行20min后，在器壁上得到纳米A1/AP复合粒子。
[0043]实施例3
[0044]—种纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法，包括以下步骤:
[0045](I)AP溶液的制备:在25 °C条件下，将0.45g原料AP加入到50ml乙醇中超声溶解，得到含AP的溶液。
[0046](2)含纳米Al的AP溶液的制备:在25°C条件下，将0.113g纳米Al超声分散到步骤
(I)制备的AP溶液中，超声15min后，得到含纳米Al的AP溶液。
[0047](3)纳米A1/AP复合粒子的制备:采用溶剂蒸发法，将步骤(2)得到的含纳米Al的AP溶液加入到旋转蒸发器中，控制旋转蒸发器反应温度为30°C、转速为120rpm，待反应进行25min后，在器壁上得到纳米A1/AP复合粒子。
[0048]经表征，实施例2和实施例3制备的纳米A1/AP含能复合粒子，其XRD、FESEM与图1和图2基本相似。
【主权项】
1.一种纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法，包括以下步骤: (1)AP溶液的制备: 将高氯酸铵加入到有机溶剂中超声溶解，得到AP溶液； (2)含纳米Al的AP溶液的制备: 将纳米Al超声分散到步骤⑴制备的AP溶液中，得到含纳米Al的AP溶液； (3)纳米AI/AP复合粒子的制备: 将步骤(2)得到的含纳米Al的AP溶液加入到旋转蒸发器中旋转蒸发反应，得到纳米Al/AP复合粒子。2.根据权利要求1所述纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法，其特征在于:所述纳米Al的粒径为10?200纳米。3.根据权利要求1所述纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中高氯酸铵的溶解温度为15?25°C。4.根据权利要求1所述纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中有机溶剂为乙醇或丙酮。5.根据权利要求1所述纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中纳米Al的用量为AP的质量的0.25?4倍。6.根据权利要求1所述纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中超声分散时间为10?15min。7.根据权利要求1所述纳米A1/AP含能复合粒子的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中溶剂蒸发温度为10?30°C;旋转蒸发器的转速为100?140rpm;溶剂蒸发时间为10?25min0
【专利摘要】本发明公开了一种纳米Al/AP含能复合粒子的制备方法，首先将高氯酸铵加入到有机溶剂中超声溶解，得到AP溶液；然后将纳米Al超声分散到AP溶液中，得到含纳米Al的AP溶液；最后采用溶剂蒸发法，将含纳米Al的AP溶液加入到旋转蒸发器中旋转蒸发反应，除去溶剂得到纳米Al/AP复合粒子。本发明所述的制备方法中纳米Al作为晶核供AP在其表面生长，有效的阻止了纳米Al的团聚，增强纳米Al与AP的接触面积，提高放热性能，同时可以实现复合粒子中各组分的准确定量的制备，且制备过程操作方便，简单安全，成本低，产物纯度高，适合大规模生产。
【IPC分类】B22F1/02, B82Y40/00, B82Y30/00, B22F9/02
【公开号】CN105665718
【申请号】CN201610071321
【发明人】马振叶, 吕学文, 刘杨, 李星辉, 赵迟丽, 韩晓峰, 苏复
【申请人】南京师范大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年2月1日