纳米含能复合材料的研究进展.doc

纳米含能复合材料的研究进展.doc纳米含能复合材料的研究进展导弹是军队最重要的武器装备之一,而含能材料在推进剂中的应用是导弹武器关键的支撑和制约技术。含能材料的换代, 是武器装备更新换代的重要标志, 这在武器系统领域已成共识。大量科学研究表明, 在含能材料领域, 当材料的粒径达到纳米量级时, 其机械感度和爆轰性能等均会产生显著变化。与普通尺寸的含能材料相比,纳米含能材料通常具有更优良的力学性能、更高的燃烧速度、更低的撞击感度以及更高的能量释放效率。因此, 开展含能材料中的纳米组分或相关结构研究, 充分发挥其能量潜能具有非常重要的意义。目前许多西方发达国家以及日本、俄罗斯等都纷纷开展了纳米含能材料的技术研究, 特别是对其在推进剂、烟火药和炸药中的应用效果和潜能进行了探索。然而,大量的研究表明,单一的纳米粉体材料应用时分散性差, 难以均匀地分散到其他组分之中, 容易自团聚, 导致无法充分发挥纳米含能材料的特殊性能。为最大发挥纳米含能材料的实际应用效果, 科研工作者研究出一种有效的方法, 即事先在分子层面对含能材料中的纳米、微米组分进行复合,降低单一纳米粒子的表面活性,减少其自团聚现象, 提高纳米粒子在基体中的分散性, 进而可使纳米材料的自身优良性能得以充分发挥。同时由于复合含能材料中反应物的尺寸降低到纳米尺度, 可有效地增加各物质间的接触界面, 解决传统复合含能材料由于颗粒大而传输速度慢的缺点, 因而得到的含能材料具有更高的能量密度和高释能速率。此外, 将纳米尺度的含能材料复合处理, 可以发挥材料各功能之间的协同效应, 从而获得集多种优良特性于一身、综合性能较高的新型含能材料。 1 纳米含能复合材料的研究近况“纳米复合材料”是指由 2 种或 2 种以上组分材料复合而成,且其中至少有 1 种组分材料在分散尺度上为纳米量级的复合材料。此概念由国外科研工作者在 20 世纪 80 年代末提出。而“纳米含能复合材料”是指氧化剂或燃料等含能材料可在纳米尺度上分散, 同时通过一定技术手段, 各含能组分在此量级上能够充分复合, 并且其性能可以通过调节各组分的分散和复合尺度而得到调控的一种含能复合材料,是含能材料领域近几十年才提出来的一个全新概念,目前还处于从概念认识、形成到初步研究及实践转化的阶段。 2 纳米复合含能材料的制备技术 Sol – gel 法制备纳米复合含能材料溶胶– 凝胶(sol–gel) 化学法是一种液相合成法, 主要应用在化学、材料和物理学领域, 约有 150 年的发展历史。利用该方法可以得到高纯度的有机或无机材料,其颗粒具有粒径、孔径及密度分布均匀的特点。 溶剂/ 非溶剂法制备纳米含能复合材料自从 Nakanishi 于 1993 年第一次使用溶剂/ 非溶剂法制备出有机纳米晶体以来, 这种技术就因其具有设备简单和多功能性的特点, 被广泛应用于含能材料制备领域。该方法主要是将能很好地溶解目标化合物的良溶剂与过量的不良溶剂快速混合, 然后通过调节溶液的过饱和度,来调控小尺度颗粒的分子按照所需结构成核和生长。在此方法中, 目标分子在良和不良溶剂中的相容性、溶解度等要有显著的差异,这一点是必不可少的。 高能研磨法制备纳米含能复合材料从目前国内外的研究成果来看,采用高能研磨法不仅能够制备出单一纳米材料, 也能够利用多种材料颗粒间的固相