含硝化石墨烯(NGO)的納米復(fù)合含能材料制備及性能研究.pdf

1、固體推進(jìn)劑的能量水平對固體火箭的推力有著重要影響，固體推進(jìn)劑的能量釋放又對其能量水平起著關(guān)鍵作用。為了獲得高能量水平的固體推進(jìn)劑，常采用添加燃燒催化劑去促進(jìn)固體推進(jìn)劑的能量釋放，從而去提高固體推進(jìn)劑的能量水平。傳統(tǒng)的燃燒催化劑由于反應(yīng)活性低、催化性能不理想，已不能滿足現(xiàn)代軍工事業(yè)的發(fā)展需要，目前正向納米含能燃燒催化劑發(fā)展。納米含能燃燒催化劑的反應(yīng)活性高、所占比重小，且含有大量的含能基團(tuán)，具有較高的催化性能。本課題組所制備得到的新型納米含

2、能燃燒催化劑硝化石墨烯(NGO)，對高氯酸銨(AP)的熱分解展現(xiàn)出了良好的催化效果，但NGO對固體推進(jìn)劑中其他主要單質(zhì)炸藥的熱分解催化性能還缺乏系統(tǒng)研究。本文將NGO作為納米含能燃燒催化劑，分別與固體推進(jìn)劑中主要的單質(zhì)炸藥硝化纖維素(NC)、黑索金(RDX)和奧克托今(HMX)進(jìn)行復(fù)合，研究了NGO對它們熱分解的催化性能。本論文主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)NGO的制備與表征。將硝硫混酸與氧化石墨烯(GO)進(jìn)行反應(yīng)，制備NGO。采

3、用元素分析(EA)、傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)、X-射線光電子能譜儀(XPS)、激光拉曼光譜儀(Raman)和場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)對NGO的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析，并采用原子力顯微鏡(AFM)表征單層 NGO的厚度。結(jié)果表明，NGO的含N量為1.58％，N元素主要以—NO2和O—NO2的形式存在，微觀形貌為連續(xù)透明的軟薄膜狀，單層厚度為1.55nm。
　　(2)NGO/NC納米復(fù)合材料的制備與表征。采用溶劑-反溶劑

4、法制備了不同質(zhì)量比的NGO/NC納米復(fù)合含能材料。采用SEM和FT-IR分別對NGO/NC納米復(fù)合含能材料進(jìn)行了形貌和結(jié)構(gòu)表征，采用同步熱分析儀(TG-DSC)和熱重質(zhì)譜聯(lián)用儀(TG-MS)研究了NGO對NC熱分解的催化性能和機(jī)理。結(jié)果表明，NGO的加入不會明顯改變 NC的結(jié)構(gòu)，NGO/NC納米復(fù)合含能材料為多孔的三維網(wǎng)絡(luò)狀。NGO能明顯提高NC的表觀分解熱，并改善其熱穩(wěn)定性，當(dāng)NGO添加量為1%時，NC的放熱峰溫度由201℃升高至21

5、3℃，表觀分解熱由339J/g提高至2132J/g。
　　(3)NGO/RDX納米復(fù)合材料的制備與表征。采用溶劑-反溶劑法制備了不同質(zhì)量比的NGO/RDX納米復(fù)合含能材料。采用多功能 X射線衍射儀(XRD)和SEM分別對NGO/RDX納米復(fù)合含能材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和形貌表征，采用TG-DSC和TG-MS研究了NGO對 RDX熱分解的催化性能和機(jī)理。結(jié)果表明，NGO的加入不會導(dǎo)致RDX晶體結(jié)構(gòu)的改變，且包覆在RDX表面。NGO對RDX展

6、現(xiàn)了較好的催化效果，其中當(dāng)NGO添加量為2%時，RDX的放熱峰溫度由246℃提前至226℃，表觀分解熱從761J/g提高至1651J/g。
　　(4)NGO/HMX納米復(fù)合材料的制備與表征。采用溶劑-反溶劑法制備了不同質(zhì)量比的NGO/HMX納米復(fù)合含能材料。采用XRD和SEM分別對NGO/HMX納米復(fù)合含能材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和形貌測試，采用TG-DSC和TG-MS研究了NGO對HMX熱分解的催化性能和機(jī)理。結(jié)果表明，HMX顆粒附著在