電泳沉積法制備新型納米鋁熱劑膜的研究.pdf

1、納米鋁熱劑是一種由納米Al粒子和納米金屬氧化物粒子組成的混合物。相對(duì)于傳統(tǒng)的鋁熱劑，由于尺寸效應(yīng)，納米鋁熱劑在熱力學(xué)性能和燃燒學(xué)性能方面具有顯著的提升。因此，如果將納米鋁熱劑應(yīng)用于傳統(tǒng)鋁熱劑所運(yùn)用的各個(gè)領(lǐng)域如制備金屬和合金、焊接、合成新型材料和火工品等，有望對(duì)這些領(lǐng)域帶來革新性的進(jìn)步。其中，納米鋁熱劑作為一種新型含能材料，其薄膜形態(tài)的產(chǎn)品——納米鋁熱劑含能橋膜——在火工品方面具有獨(dú)特的應(yīng)用前景。因此，如何制備納米鋁熱劑膜產(chǎn)品，成為將納米

2、鋁熱劑運(yùn)用于火工品含能橋膜這一特殊領(lǐng)域的關(guān)鍵。
　　本文采用電泳沉積法制備了四種新型納米鋁熱劑膜。研究為電泳沉積法制備新型納米鋁熱劑膜提供了合適的分散介質(zhì)解決方案，解決了實(shí)現(xiàn)電泳沉積的核心問題。從理論上探索了納米鋁熱劑膜中兩相粒子的電泳沉積動(dòng)力學(xué)行為對(duì)組成的影響規(guī)律，并在制備各種納米鋁熱劑膜中進(jìn)行了驗(yàn)證?？疾炝丝刂萍{米鋁熱劑膜組成的可行方法和適用條件，從而為電泳沉積各種新型納米鋁熱劑膜的實(shí)際應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。
　

3、　本文的主要研究?jī)?nèi)容及其結(jié)論如下：
　　利用電泳沉積法成功制備了四種納米鋁熱劑膜：納米 Al/Fe2O3鋁熱劑膜、納米Al/Co3O4鋁熱劑膜、納米Al/NiO鋁熱劑膜以及納米 Al/MoO3鋁熱劑膜。適用于制備各種納米鋁熱劑膜的分散介質(zhì)分別如下：（1）納米 Al/Fe2O3鋁熱劑膜，乙醇-乙酰丙酮（體積比1:1）的混合溶液，粉體濃度：1 g·L-1；（2）納米 Al/Co3O4鋁熱劑膜，含硝酸濃度0.00025 M的乙醇-乙酰丙

4、酮（體積比1:1）的混合溶液，粉體濃度：1 g·L-1；（3）納米Al/NiO鋁熱劑膜，含硝酸濃度0.00025 M的乙醇-乙酰丙酮（體積比1:1）的混合溶液，粉體濃度：2 g·L-1；（4）納米Al/MoO3鋁熱劑膜，含PEI濃度0.01g·L-1的異丙醇，粉體濃度：1 g·L-1。
　　所制備的四種納米鋁熱劑膜中鋁和金屬氧化物粒子隨機(jī)均勻混合，兩相粒子之間具有良好的界面接觸。對(duì)于納米Al/Fe2O3鋁熱劑膜、納米Al/Co3O

5、4鋁熱劑膜和納米 Al/NiO鋁熱劑膜，膜中的 Al粒子和金屬氧化物粒子均保持為納米尺寸大小，獲得了納米級(jí)別的反應(yīng)界面接觸；對(duì)于納米Al/MoO3鋁熱劑膜，膜中Al粒子仍保持納米尺寸大小，而MoO粒子的粒度分布較廣，有微米級(jí)的粒子存在。
　　通過對(duì)電泳沉積動(dòng)力學(xué)的理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，兩相納米粒子各自單獨(dú)的電泳沉積動(dòng)力學(xué)行為對(duì)納米鋁熱劑膜的組成存在影響：在兩種納米粒子電泳沉積動(dòng)力學(xué)行為屬于線性關(guān)系控制區(qū)域的時(shí)間范圍內(nèi)時(shí)，其組成基本保持不變

6、；當(dāng)其中一種納米粒子的電泳沉積動(dòng)力學(xué)行為轉(zhuǎn)換屬于拋物線關(guān)系控制區(qū)域時(shí)，復(fù)合膜層的組成將隨時(shí)間發(fā)生變化。此結(jié)論在電泳沉積制備各種納米鋁熱劑膜中均得到驗(yàn)證。在一定的范圍內(nèi)，電泳沉積法制備的四種納米鋁熱劑膜的鋁-金屬氧化物當(dāng)量比（Φs）均與懸浮液中的當(dāng)量比（Φd）成線性關(guān)系，因此，可以通過調(diào)節(jié)懸浮液中鋁-金屬氧化物的比例來控制電泳沉積制備的納米鋁熱劑膜的組成。
　　電泳沉積的納米鋁熱劑膜的當(dāng)量比對(duì)其熱力學(xué)性能有顯著影響。對(duì)于納米Al/F

7、e2O3鋁熱劑膜，當(dāng)其當(dāng)量比（Φs）為1.32時(shí)，其放熱量為1582.6 J·g-1；對(duì)于納米Al/Co3O4鋁熱劑膜，當(dāng)其當(dāng)量比（Φs）為1.56時(shí)，其放熱量為1527.1 J·L-1；對(duì)于納米Al/NiO鋁熱劑膜，當(dāng)其當(dāng)量比（Φs）為1.23時(shí)，其放熱量為931.1·L-1；對(duì)于納米Al/MoO3鋁熱劑膜，當(dāng)其當(dāng)量比（Φs）為1.47時(shí)，其放熱量為1962.5 J·g-1。
　　電泳沉積法制備的四種納米鋁熱劑膜都能成功點(diǎn)火燃燒

8、，且燃燒性能同樣受納米鋁熱劑膜的當(dāng)量比的影響。對(duì)于納米 Al/Fe2O3鋁熱劑膜，當(dāng)其當(dāng)量比（Φs）為1.32時(shí)，其火焰速度為52.9 m·s-1；對(duì)于納米Al/Co3O4鋁熱劑膜，當(dāng)其當(dāng)量比（Φs）為1.56時(shí)，其火焰速度為36.6m·s-1；對(duì)于納米Al/NiO鋁熱劑膜，當(dāng)其當(dāng)量比（Φs）為1.23時(shí)，其火焰速度為43.4 m·s-1；對(duì)于納米Al/MoO3鋁熱劑膜，當(dāng)其當(dāng)量比（Φs）為1.32時(shí)，其火焰速度為28.6 m·s-1。