纳米复合含能材料的研究进展

纳米复合含能材料的研究进展

作者：董璐阳王通

来源：《石油研究》2019年第04期

摘要：纳米复合含能材料的研发促进军事以及航空工业的发展，为国防以及航空事业的发展都带来更大的空间。那么纳米复合含能材料的研究情况如何，具体的研究方法有哪些？接下来本文将对纳米复合含能材料的具体研究进展进行分析。

关键词：纳米复合含能材料;研究进展;研究方法

随着纳米材料研发的完善，应用的领域也越来越广泛，并使工业发展获得多个突破。纳米复合含能材料由于其自身的特殊性能而受到各个行业领域的广泛关注。特别是国防科技以及航天火箭推进剂等方面的研发具有突破性的进展。纳米含能材料本身具有普通含能材料的性能，同时具有更多的优越性，比如能够改善晶体的外形，提升能量的释放速率、具有良好的包裹效果，有利于爆炸能量的完全释放，轰炸效应理想等。因此当前大部分国家都将纳米含能材料纳入到国防以及能源等方面的发展规划中。

一、纳米含能复合材料研究的现状

纳米复合材料指的是由2种或者以上材料复合形成的一种新型材料，在这种材料中至少有一种材料为纳米量级，纳米是在上世纪80年代提出来的概念。纳米含能复合材料指的是燃料或者氧化剂等含能的材料可以分散到纳米的尺度上，并通过相应的技术手段，对个不同组分的物质在纳米的量级上进行复合，并根据材料组分的性能对具体的分散情况和复合尺度进行调整，这也是含能领域中提出的一种新的概念，当前尚处于认识、初步研究和转化的阶段[1]。

当前美国、俄罗斯以及欧洲国家都开始将纳米含能复合材料的制备和研发纳入到材料研究的重点工程中，国内的材料研究人员也开始对纳米含能复合材料进行初步的研究和探索，但是由于研究的时间短，大部分的研究还处于理论研究以及实验室的初步研究期，通过对相关文献的分析，可以将纳米含能复合材料的进展概括如下：

1.将火箭推进剂中的一些常规的材料与纳米级的AI粉进行复合形成纳米含能复合材料，进而提升推进剂的性能和作用。

2.用纳米量级级别的金属粉末进行包裹，防止表层氧化，提升使用寿命，降低存储要求。

3.通过三维结构纳米含能材料的研究，对具体的结构形式进行严格的控制，有利于对物质的反应活性进行控制，实现对物质工艺性和力学性能的改善。

4.结合当前新材料的发展形式，利用纳米多孔材料以及碳纳米管等作为反应气体以及含能材料等的支撑，并以此为骨架制备新型纳米复合材料。

二、纳米含能材料在我国的研究领域

我国在纳米含能材料的研究中，通过相转移法利用CAB、PVAM等包裹RDX，有效解决火炸药中推进剂脱湿方面的问题，提升材料的力学性质。同时还有部分研究人员通过硬脂酸铅对RDX材料进行表面包裹，并通过化学沉淀法对RDX硬脂酸铅的复合粒子进行制备，使RDX的摩擦度和撞击度都有效降低。此外，周彩元等研究人员利用DMPA、甲苯二异氰酸酯以及聚四氢呋喃二醇，硅烷偶联剂等制作成为改性水性聚氨酯乳液包裹RDX[2]。而且通过最终的实验发现，包裹后的TDX在流散性、成型性等方面都具有非常好的效果，而且摩擦产生的热度以及撞击性等都大大降低。李江存等研究人员，通过水溶液悬浮法，利用三嗪类复合键以及海因合计对RDX进行包裹实验，结果表明RDX的表面性得到有效的改善，机械感明显钝化。此外，陆铭等研究人员在聚氨酯的研制中加入了亲水基，并将其在水中进行分散，同时在其中加入丙烯酸酯制作成为聚氨酯丙烯酸酯乳液，用来对RDX进行包裹，使RDX的颗粒间粘连性更好。

三、纳米含能材料的研制方式

（一）溶胶-凝胶法制备方式

溶胶-凝胶法指的是一种液相合成的化学方式，主要应用到物理、化学以及材料等研究领域中，当前已经有150年的发展历史。通过溶胶-凝胶方法的应用提升有机和无机材料的纯度，而且这些材料的孔径、粒径以及密度等方面的分布更均匀。这种制作方式主要应用于金属氧化物材料的制取，同时通过相关文献的记载，这种方法也被用来制造燃料以及氧化剂等复合含能材料，而且操作工艺简单、方法便捷，成本低，具有环保性。

（二）高能研磨法制备方式

通过对国内外的研究情况来看，高能研磨法对纳米材料的制作效果非常好，不僅可以用于单一纳米材料的应用，同时还可以应用于不同材料颗粒的固相作用，促进纳米尺度含能材料的复合。我国相关的研究人员将水、乙醇等作为介质，通过研磨机对RDX以及铝粉等混合物进行研磨，制造RDX包裹铝粉超细复合粒子。同时张汝冰等研究人员通过高能球磨法通过在高氯酸铵的表面研磨形成纳米复合颗粒，提升高氯酸铵的催化能力。高能机械球研磨法本身具有操作简单，连续性强的特点，但是同时也容易使无机粒子的结构被破坏。

（三）超临界流体法制备方式

超临界流体技术是一种新型的技术形式，通过在纳米含能复合材料中的引入，有利于对研制方式的突破。超临界流体法中包括超临界气体反溶剂结晶法、流体快速膨胀法等。同时通过相关研究表明必须要在超临界流体中才能够使物质溶解进行造粒。纳米含能复合材料研究中，超临界流体技术具有非常多的优势作用，制造工艺无污染、技术安全，制得的材料颗粒均匀，

而且可以进行批量生产。但是超临界流体技术的发展时间比较短，特别是含能材料领域发展时间更晚，因此还需要加强对含能材料的完善，并加强对设备和技术的改进。

结语：

综上所述，当前国际导弹武器系统的发展使得武器逐渐向高能和钝感的方向发展，但是从当前的传统单质含能材料来看，其中还存在一定的限制，因此必须要对含能材料进行完善，纳米含能复合材料应运而生，而且作用越来越明显。但是当前仍然处于起步阶段，还需要加大研究力度。

参考文献：

[1]罗运军，张天福.Al基纳米复合含能材料的自组装[J].火炸药学报，2017，40（2）：1-9.

[2]张咪，王毅，宋小兰，等.NC/PETN纳米复合含能材料的制备与表征[J].兵器装备工程学报，2018，39（12）：182-186.

作者简介：

董璐阳（1991），性别：男，民族：汉，籍贯：河南漯河，职务/职称：助理工程师，学历：硕士，单位：陕西应用物理化学研究所，研究方向：新型火工药剂技术

王通（1989），性别：男，民族：汉，籍贯：陕西西安，职务/职称：工程师，学历：硕士，单位：陕西应用物理化学研究所，研究方向：火工品研制方向