亚稳态分子间复合物Al_MoO_3的制备与性能研究_薛艳
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纳米铝粉，平均粒径 60nm，纯度 99.9%，利用等 离子体法制备，经过稳定化处理；纳米 MoO3, 平均粒 径在 200nm，纯度为 98%，由西安交通大学能动学院 采用化学法制备；称一定量的纳米铝粉和 MoO3粉末， 置于反应容器中，在分散剂存在的情况下进行超声分 散混合，沉淀，室温干燥。 1.3 表征
/cm
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注：1 表示发火，0 表示瞎火
按照 GJB377-87 感度试验用升降法计算。假定 行。发火与瞎火的判据符合 WJ 1872-89 标准。试验
每个样品的临界刺激能量服从正态分布。50%发火感
度： x0.5 =24.1cm，标准差：σ=1.6cm。氮化铅的撞
Al-MoO31～2g，精确到 0.000 2g，将其缓慢倒入坩 埚中。按 GJB737.5-93 进行含能材料 Al-MoO3 的燃 烧热的测定与计算，结果表明，Al-MoO3 的燃烧热为
剂撞击感度测定法。通过摸底试验，选择 25cm 为起 始落高，试验步长为 2cm，落锤重量（1.2±0.003） ㎏，药剂量（20±2）mg。结果如表 1 所示。
Abstract：Metastable intermolecular composite (MIC) Al-MoO3 is prepared by immersing the powders in a solvent, and then mixing the Al and MoO3 with particle sizes in the nanometer range using an ultrasonic mixer. The energetic materials Al-MoO3 was analyzed by means of SEM and IR. On basis of characterization, The impact and flame sensitivity test and burning heat experiment of Al-MoO3 have been carried out. The study shows Al-MoO3 is a nanocomposite energetic materials with a certain sensitivity and high energy density.
关键词：纳米含能材料；Al-MoO3；表征；性能
中图分类号：TQ560
文献标识码：A
Preparation and Characterization of Metastable Intermolecular Composite Al-MoO3
XUE Yan1, ZHANG Rui1，3, YANG Bo-lun2, AN Dian1, XIE Gao-di1 （1.The 213th Research Institute of China Ordnance Industry, Xi’an, 710061；2.School of Energy and Power Engineering,
收稿日期：2005-09-09 作者简介：薛艳（1981-），女，在读硕士研究生，主要从事纳米含能材料技术的研究。
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薛艳等：亚稳态分子间复合物 Al-MoO3 的制备与性能研究
比冲量等性能，它可以提高感度、稳定性、能量释放 速度和机械性能等性能，同时具有更大的能量密度[4]， 笔者对 Al-MoO3 进行了制备与性能研究。
1 Al-MoO3 的制备与表征
2005 年第 4 期
1.1 设备与仪器 KQ-500 型超声波清洗器，昆山超声仪器有限公
司；VEGA TS5136XM 型扫描电子显微镜（SEM），捷克 TESCAN 公司；INCA-300 型能量色散谱仪，英国牛津 公司；MAGNA-760 型红外光谱仪，美国尼高力公司； CGY-1 型撞击感度仪，HGY-1 型火焰感度仪，中国兵 器工业第 213 研究所。 1.2 Al-MoO3 的制备
型火工品的发展，对火工药剂的临界直径和临界药量 也提出了更高的要求。由于含能材料的起爆和爆轰性 能明显受其微结构性能的影响[2]。因此，研究环保型 纳米结构含能材料的制备与表征，对于微（小）型火 工品的研究是十分必要的。
亚稳态分子间复合物（MIC）以纳米级反应物的 紧密混合为基础，颗粒尺寸在纳米范围内的一种纳米 含能材料[3]。这种含能材料明显影响着起爆、点火和
2005 年 10 月
火工品 INITIATORS & PYROTECHNICS
文章编号：1003-1480（2005）04-0033-03
2005 年第 4 期
亚稳态分子间复合物 Al-MoO3 的制备与性能研究
薛艳 1 ，张蕊 1,3，杨伯伦 2 ，安 瑱 1 ，谢高第 1
（1.中国兵器工业第 213 研究所，应用物理化学国家级重点实验室， 陕西 西安， 710061； 2.西安交通大学能动学院，陕西 西安，710049；3.南京工业大学城建与安全环境学院，江苏 南京，210009 ）
2 Al-MoO3 的性能试验
为了研究 Al-MoO3 的各项性能，笔者对合成的 Al-MoO3 进行了燃烧热、撞击感度和火焰感度试验。 2.1 燃烧热测定
燃烧热的测定原理：在充入氧气的量热弹内引 燃被测药剂，以水为测温介质，在绝热条件下测定 水温的升高，根据水温的升值和量热计的热容量， 计算该过程的总热量，并进行修正，即可得到该药 剂 在 给 定 条 件 下 的 燃 烧 热 [5] 。 称 取 含 能 材 料
通过扫描电镜（SEM）来获得原料和产物的形貌 图形。原料的形貌图形见图 1。由图 1 可以看出 MoO3 的团聚较严重，成棒状，在 10μm 范围内；纳米铝粉 外表形貌呈球状，粒径在 100nm 左右；比起纳米 MoO3 的团聚，纳米铝粉的团聚现象不是很严重。
（a）纳米 MoO3的扫描电镜图 (b)纳米铝粉的扫描电镜图 图 1 原料的扫描电镜（SEM）图片 Fig.1 SEM of materials
摘 要：以纳米铝粉和纳米氧化钼为原料，采用超声分散混合的方法，制备了纳米复合含能材料 Al-MoO3 。利用
扫描电镜（SEM）和红外光谱对原料和产物的结构进行了初步分析表征；进行了 Al-MoO3撞击感度、火焰感度以及燃烧
热性能试验。结果表明，该含能材料具有一定的撞击、火焰感度，是一种具有高的能量密度的纳米含能材料。
击感度上限为 24.0cm（撞击感度条件：压药压力 40MPa，药量为 0.02g，落锤重量 400g[6]），经与氮化 铅的撞击感度进行比较，得知 Al-MoO3 的撞击感度较 低。 2.2.2 火焰感度试验
含能材料 Al-MoO3 的火焰感度按 WJ 1872-89 进
结果如表 2 所示。
表 2 含能材料 Al-MoO3的火焰感度试验结果
Key words：Nanocomposite energetic materials; Al-MoO3 ; Characterization; Performance
纳米技术是 21 世纪的一种新型技术，它通过将 材料结构控制在微纳尺度而使材料产生新的功能。纳 米含能材料是纳米功能材料的一种，是指由两种或两 种以上的物理或化学性质不同的物质组合而成的一 种多相固体含能材料，其中至少有一种在一维方向是 处于纳米级的微粒、晶粒、薄膜或纤维[1]。当前实用 火工品药剂主要是以含铅等有害重金属的有机盐为 主，对环境以及生ห้องสมุดไป่ตู้人员都有一定的损害。同时，新
复合物 Al-MoO3的扫描电镜图片如图 2 所示。纳 米铝粉包覆在分散后的 MoO3 上，形成了 Al-MoO3的混
图 2 纳米含能材料 Al-MoO3的扫描电镜图片 Fig. 2 SEM of nanocomposite energetic materials
Al-MoO3
合物。图 2 表明， Al-MoO3颗粒接近球形，分散性较 好，团聚现象较少，平均大小约 200nm。
(a)Al-MoO3撞击感度测试 (b)Al-MoO3火焰感度测试 图 5 Al-MoO3撞击与火焰感度发火试验
Fig.5 Impact and flame sensitivity test of nanocomposite energetic materials Al-MoO3
利用升降法对含能材料 Al-MoO3 进行了撞击感度 测量。发火与瞎火的判据符合 WJ 1870-89 火工品药
8 351J/g。与氮化铅的爆热 1 778 J/g[6]相比，纳 米 Al-MoO3 的能量密度比较高。 2.2 感度试验 2.2.1 撞击感度试验
感度是含能材料最重要的特性参数之一。 Al-MoO3的撞击感度按 WJ 1870-89 进行。在撞击感度 试验中，出现明显爆炸声、有强烈火焰、冒烟、药剂 爆炸完全。其试验现象如图 5(a)所示。
注：1 表示发火
在表 2 中，含能材料 Al-MoO3在 40cm 处可以发火，
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薛艳等：亚稳态分子间复合物 Al-MoO3 的制备与性能研究
2005 年第 4 期
氮化铅的火焰感度小于 8cm[6]，与氮化铅的火焰感度 进行比较得知该含能材料对火焰却比较敏感，具有良 好的火焰感度。含能材料 Al-MoO3 的感度试验结果证 实该含能材料发展前景广阔，但还需全面研究。
进一步为了确定复合物的结构和组成，进行了红 外光谱表征。实验条件：红外光谱分辨率为 4cm-1,扫 描次数为 32 次，波数范围 400～4 000cm-1，检测器类
型为 MCTA 型。图 4 是 Al-MoO3 与原料的纳米 MoO3 的红
外图谱。
MoO3
60
50
Al-MoO3
40
透过率/ %
30
Xi’an Jiaotong University, Xi’an ，710049；3. College of Urban Construction and Safety & Environmental Engineering, Nanjing University of Technology , Nanjing，210009）
Tab.2 Flame sensitivity result of nanocomposite energetic materials Al-MoO3
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 高 度 0 4 10 10 20 20 30 30 40 40 /cm 发火 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
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波数/cm-1
图 4 纳米含能材料 Al-MoO3 与 MoO3 的红外图谱
Fig.4 IR of nanocomposite energetic materials
Al-MoO3and MoO3
2005 年 10 月
火工品
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从图 4 可以看出，复合物 Al-MoO3的谱线与 MoO3 谱线基本一致，特别是在几个 MoO3所具有特征峰出现 的波长区间上，复合物 Al-MoO3 都有相应的峰出现， 说明 Al-MoO3 中的 MoO3 的成分没有发生变化，因此可 以断定复合物 Al-MoO3 没有明显的化学反应而是出现 分子间复合物的特征。在 482.90 ㎝-1 处复合物与 MoO3 各有不同，这可能是由于 Al 的复合对 MoO3的吸收产 生了一定的影响。
图 3 是 Al-MoO3其中两点的能量色谱图，通过能 量色谱分析可知在这个混合物中存在 Al、Mo、O 组分， 说明在超声分散的条件下，Al 和 MoO3 得到了充分混 合。
图 3 纳米含能材料 Al-MoO3能量色谱图 Fig.3 EDS of nanocomposite energetic materials Al-MoO3
表 1 含能材料 Al/MoO3的撞击感度试验结果
Tab.1 Impact sensitivity result of nanocomposite energetic materials Al-MoO3
落高 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
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注：1 表示发火，0 表示瞎火
按照 GJB377-87 感度试验用升降法计算。假定 行。发火与瞎火的判据符合 WJ 1872-89 标准。试验
每个样品的临界刺激能量服从正态分布。50%发火感
度： x0.5 =24.1cm，标准差：σ=1.6cm。氮化铅的撞
Al-MoO31～2g，精确到 0.000 2g，将其缓慢倒入坩 埚中。按 GJB737.5-93 进行含能材料 Al-MoO3 的燃 烧热的测定与计算，结果表明，Al-MoO3 的燃烧热为
剂撞击感度测定法。通过摸底试验，选择 25cm 为起 始落高，试验步长为 2cm，落锤重量（1.2±0.003） ㎏，药剂量（20±2）mg。结果如表 1 所示。
Abstract：Metastable intermolecular composite (MIC) Al-MoO3 is prepared by immersing the powders in a solvent, and then mixing the Al and MoO3 with particle sizes in the nanometer range using an ultrasonic mixer. The energetic materials Al-MoO3 was analyzed by means of SEM and IR. On basis of characterization, The impact and flame sensitivity test and burning heat experiment of Al-MoO3 have been carried out. The study shows Al-MoO3 is a nanocomposite energetic materials with a certain sensitivity and high energy density.
关键词：纳米含能材料；Al-MoO3；表征；性能
中图分类号：TQ560
文献标识码：A
Preparation and Characterization of Metastable Intermolecular Composite Al-MoO3
XUE Yan1, ZHANG Rui1，3, YANG Bo-lun2, AN Dian1, XIE Gao-di1 （1.The 213th Research Institute of China Ordnance Industry, Xi’an, 710061；2.School of Energy and Power Engineering,
收稿日期：2005-09-09 作者简介：薛艳（1981-），女，在读硕士研究生，主要从事纳米含能材料技术的研究。
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薛艳等：亚稳态分子间复合物 Al-MoO3 的制备与性能研究
比冲量等性能，它可以提高感度、稳定性、能量释放 速度和机械性能等性能，同时具有更大的能量密度[4]， 笔者对 Al-MoO3 进行了制备与性能研究。
1 Al-MoO3 的制备与表征
2005 年第 4 期
1.1 设备与仪器 KQ-500 型超声波清洗器，昆山超声仪器有限公
司；VEGA TS5136XM 型扫描电子显微镜（SEM），捷克 TESCAN 公司；INCA-300 型能量色散谱仪，英国牛津 公司；MAGNA-760 型红外光谱仪，美国尼高力公司； CGY-1 型撞击感度仪，HGY-1 型火焰感度仪，中国兵 器工业第 213 研究所。 1.2 Al-MoO3 的制备
型火工品的发展，对火工药剂的临界直径和临界药量 也提出了更高的要求。由于含能材料的起爆和爆轰性 能明显受其微结构性能的影响[2]。因此，研究环保型 纳米结构含能材料的制备与表征，对于微（小）型火 工品的研究是十分必要的。
亚稳态分子间复合物（MIC）以纳米级反应物的 紧密混合为基础，颗粒尺寸在纳米范围内的一种纳米 含能材料[3]。这种含能材料明显影响着起爆、点火和
2005 年 10 月
火工品 INITIATORS & PYROTECHNICS
文章编号：1003-1480（2005）04-0033-03
2005 年第 4 期
亚稳态分子间复合物 Al-MoO3 的制备与性能研究
薛艳 1 ，张蕊 1,3，杨伯伦 2 ，安 瑱 1 ，谢高第 1
（1.中国兵器工业第 213 研究所，应用物理化学国家级重点实验室， 陕西 西安， 710061； 2.西安交通大学能动学院，陕西 西安，710049；3.南京工业大学城建与安全环境学院，江苏 南京，210009 ）
2 Al-MoO3 的性能试验
为了研究 Al-MoO3 的各项性能，笔者对合成的 Al-MoO3 进行了燃烧热、撞击感度和火焰感度试验。 2.1 燃烧热测定
燃烧热的测定原理：在充入氧气的量热弹内引 燃被测药剂，以水为测温介质，在绝热条件下测定 水温的升高，根据水温的升值和量热计的热容量， 计算该过程的总热量，并进行修正，即可得到该药 剂 在 给 定 条 件 下 的 燃 烧 热 [5] 。 称 取 含 能 材 料
通过扫描电镜（SEM）来获得原料和产物的形貌 图形。原料的形貌图形见图 1。由图 1 可以看出 MoO3 的团聚较严重，成棒状，在 10μm 范围内；纳米铝粉 外表形貌呈球状，粒径在 100nm 左右；比起纳米 MoO3 的团聚，纳米铝粉的团聚现象不是很严重。
（a）纳米 MoO3的扫描电镜图 (b)纳米铝粉的扫描电镜图 图 1 原料的扫描电镜（SEM）图片 Fig.1 SEM of materials
摘 要：以纳米铝粉和纳米氧化钼为原料，采用超声分散混合的方法，制备了纳米复合含能材料 Al-MoO3 。利用
扫描电镜（SEM）和红外光谱对原料和产物的结构进行了初步分析表征；进行了 Al-MoO3撞击感度、火焰感度以及燃烧
热性能试验。结果表明，该含能材料具有一定的撞击、火焰感度，是一种具有高的能量密度的纳米含能材料。
击感度上限为 24.0cm（撞击感度条件：压药压力 40MPa，药量为 0.02g，落锤重量 400g[6]），经与氮化 铅的撞击感度进行比较，得知 Al-MoO3 的撞击感度较 低。 2.2.2 火焰感度试验
含能材料 Al-MoO3 的火焰感度按 WJ 1872-89 进
结果如表 2 所示。
表 2 含能材料 Al-MoO3的火焰感度试验结果
Key words：Nanocomposite energetic materials; Al-MoO3 ; Characterization; Performance
纳米技术是 21 世纪的一种新型技术，它通过将 材料结构控制在微纳尺度而使材料产生新的功能。纳 米含能材料是纳米功能材料的一种，是指由两种或两 种以上的物理或化学性质不同的物质组合而成的一 种多相固体含能材料，其中至少有一种在一维方向是 处于纳米级的微粒、晶粒、薄膜或纤维[1]。当前实用 火工品药剂主要是以含铅等有害重金属的有机盐为 主，对环境以及生ห้องสมุดไป่ตู้人员都有一定的损害。同时，新
复合物 Al-MoO3的扫描电镜图片如图 2 所示。纳 米铝粉包覆在分散后的 MoO3 上，形成了 Al-MoO3的混
图 2 纳米含能材料 Al-MoO3的扫描电镜图片 Fig. 2 SEM of nanocomposite energetic materials
Al-MoO3
合物。图 2 表明， Al-MoO3颗粒接近球形，分散性较 好，团聚现象较少，平均大小约 200nm。
(a)Al-MoO3撞击感度测试 (b)Al-MoO3火焰感度测试 图 5 Al-MoO3撞击与火焰感度发火试验
Fig.5 Impact and flame sensitivity test of nanocomposite energetic materials Al-MoO3
利用升降法对含能材料 Al-MoO3 进行了撞击感度 测量。发火与瞎火的判据符合 WJ 1870-89 火工品药
8 351J/g。与氮化铅的爆热 1 778 J/g[6]相比，纳 米 Al-MoO3 的能量密度比较高。 2.2 感度试验 2.2.1 撞击感度试验
感度是含能材料最重要的特性参数之一。 Al-MoO3的撞击感度按 WJ 1870-89 进行。在撞击感度 试验中，出现明显爆炸声、有强烈火焰、冒烟、药剂 爆炸完全。其试验现象如图 5(a)所示。
注：1 表示发火
在表 2 中，含能材料 Al-MoO3在 40cm 处可以发火，
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薛艳等：亚稳态分子间复合物 Al-MoO3 的制备与性能研究
2005 年第 4 期
氮化铅的火焰感度小于 8cm[6]，与氮化铅的火焰感度 进行比较得知该含能材料对火焰却比较敏感，具有良 好的火焰感度。含能材料 Al-MoO3 的感度试验结果证 实该含能材料发展前景广阔，但还需全面研究。
进一步为了确定复合物的结构和组成，进行了红 外光谱表征。实验条件：红外光谱分辨率为 4cm-1,扫 描次数为 32 次，波数范围 400～4 000cm-1，检测器类
型为 MCTA 型。图 4 是 Al-MoO3 与原料的纳米 MoO3 的红
外图谱。
MoO3
60
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Al-MoO3
40
透过率/ %
30
Xi’an Jiaotong University, Xi’an ，710049；3. College of Urban Construction and Safety & Environmental Engineering, Nanjing University of Technology , Nanjing，210009）
Tab.2 Flame sensitivity result of nanocomposite energetic materials Al-MoO3
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 高 度 0 4 10 10 20 20 30 30 40 40 /cm 发火 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
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2 000
1 500
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波数/cm-1
图 4 纳米含能材料 Al-MoO3 与 MoO3 的红外图谱
Fig.4 IR of nanocomposite energetic materials
Al-MoO3and MoO3
2005 年 10 月
火工品
35
从图 4 可以看出，复合物 Al-MoO3的谱线与 MoO3 谱线基本一致，特别是在几个 MoO3所具有特征峰出现 的波长区间上，复合物 Al-MoO3 都有相应的峰出现， 说明 Al-MoO3 中的 MoO3 的成分没有发生变化，因此可 以断定复合物 Al-MoO3 没有明显的化学反应而是出现 分子间复合物的特征。在 482.90 ㎝-1 处复合物与 MoO3 各有不同，这可能是由于 Al 的复合对 MoO3的吸收产 生了一定的影响。
图 3 是 Al-MoO3其中两点的能量色谱图，通过能 量色谱分析可知在这个混合物中存在 Al、Mo、O 组分， 说明在超声分散的条件下，Al 和 MoO3 得到了充分混 合。
图 3 纳米含能材料 Al-MoO3能量色谱图 Fig.3 EDS of nanocomposite energetic materials Al-MoO3
表 1 含能材料 Al/MoO3的撞击感度试验结果
Tab.1 Impact sensitivity result of nanocomposite energetic materials Al-MoO3
落高 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30