先进碳氢燃料

油溶性纳米颗粒作为燃料添加剂

经过研一期间对自己的课题方面相关文献的阅读，了解到自己课题方向的大致趋势，现将这段期间所看的文献进行一下汇总，组建一个轮廓，便于更好的理清自己的思路，对接下来的实验工作进行指导，更好的融入到自己的科研生活中去,以下是关于课题的初步综述：

在燃料油中加添加剂改善其燃烧性能是一条切实可行的节能环保途径，提高催化剂的催化效率，减少其使用量是增加推进剂的能量、燃速、降低特征信号的途径之一。纳米材料粒径小，比表面积大，表面原子率高，具有很高的化学活性，作为催化剂材料可显著提高催化效率。航天航空发动机内大空速、短停留时间的特殊环境决定了不能采用固定床等非均相催化燃烧，而应采用均相催化的方式，采用的纳米铝催化剂沸点低，样品燃烧状态下呈气态，向燃烧表面传递大量能量，使凝聚相分解速度加快，从而使推进剂燃速提高。关键技术包括(1)纳米催化剂的制备技术; (2)纳米催化剂在推进剂中的分散技术。

纳米铝作为一种新型材料,主要应用领域有三个方面,包括火箭推进剂,火炸药,太阳能电池铝背场。这三个方面对于国家的军事和经济发展具有非常重要的意义。制备纳米铝的方法主要有蒸发冷凝法,线爆炸法,机械化学法,脉冲激光剥蚀法,电弧放电法和溶液化学法等。

一．纳米铝催化剂的制备技术

1.1蒸发冷凝法

蒸发冷凝法是物理方法制备纳米微粒的一种典型方法。在真空下充入纯净的惰性气体(Ar,He等),高频感应加热使原料铝锭蒸发,产生铝蒸气,惰性气体的流动驱动蒸气向下移动,并接近冷却装置。在蒸发过程中,铝蒸气原子与惰性气体原子碰撞失去能量而迅速冷却,这种有效的冷却过程在铝蒸气中造成很高的局域过饱和而均匀成核,在接近冷却装置的过程中,铝蒸气首先形成原子团簇,然后形成单个纳米微粒,纳米微粒随气流经分级进入收集区内而获得纳米颗粒，但是这种方法制作成本大，难度大，不易广泛使用。

1.2脉冲激光剥蚀法

脉冲激光剥蚀法也是物理法的一种,所采用的介质是乙醇，丙酮或者乙二醇。从把铝材浸入液体中, 要经历三个步骤来制备纳米铝颗粒。所有这些步骤都是在很短时间内完成的, 通常是大约几个毫秒。首先是激光脉冲加热靶材到沸点, 这样就产生了含有等离子体靶材蒸气原子。接着等离子体绝热膨胀, 最后随着气体

冷却, 纳米铝子形成。在冷却步骤, 首先是成核, 接着通过相互粘附或者新材料沉积在上面导致纳米粒子生长。这种合成方法的影响因素主要有激光波长、激光能量、脉冲宽度、液体介质类型和剥蚀时间等。这种制备纳米铝的方法成本非常昂贵, 不适合大规模生产

1.3机械化学法

机械化学法采用氯化铝和金属锂作为反应原料, 边研磨边反应制备纳米铝。所使用的设备是惰性气体手套箱和球磨机。研磨反应后所得产物经过有机溶剂硝基甲烷/ 氯化铝溶液洗涤, 能够除去大部分副产物氯化锂。所得纳米铝的平均粒径为55 n m。由于所生成的纳米铝非常活泼, 如果使用金属钠与氯化铝球磨制备纳米铝, 则副产物氯化钠很难除去。下式为机械化学法制备纳米铝的反应式:

A l C l 3 + 3 L i A l + 3L i C l

A l C l 3 + 3 N a A l + 3 N a C l

这种机械化学法制备纳米铝优点是方法简便，操作简单。缺点是虽然经过长时间研磨,也难以保证所有的原料都能够参与反应, 因为固相研磨法毕竟接触面较小, 无法与均相反应相比。

1.4溶液化学法

溶液化学法制备纳米铝主要是使用无水氯化铝与氢化铝锂在介质中反应生成单质铝和氯化锂，控制反应条件及反应介质,就有可能得到纳米铝

该反应在1,3,5-三甲苯溶剂中反应,温度控制164°C ，得到的纳米铝尺寸为160nm，副产物氯化锂采用甲醇在-25°C到0°c条件下洗去。整个反应过程是在惰性气体氛围中实现，溶液化学法虽然实现了均相反应，但是对于反应条件要求苛刻，三甲基苯和甲醇要求经过高度的干燥。

(a)(1)纳米铝,(2)氯化铝(3)氯化锂.(b)经过甲醇水洗后，纳米铝的晶格

从以上图形可以看出，经过甲醇的水洗后课有效的去除纳米铝中的其他杂质。

1.5气溶胶法

由于三异丁基铝在低温下可进行热解，利用该性质对其实现纳米铝的制备，实验装置图如下图，整个装置以氩气作为惰性气体，首先对三异丁基铝

在60°C下进行鼓泡，然后通入到反应炉中加热到350°C进行热解，通过对不同温度的调整，可以观察到粒径不同的纳米铝颗粒。

二．纳米铝催化剂的包覆

由于纳米粉体粒度细、比表面积大、表面原子数多、原子配位不足及高的表面能，使得这些表面原子具有很高的活性，极不稳定，很容易团聚在一起形成带有若干链接界面的尺寸较大的团聚体。这种纳米粒子的团聚可能发生在合成阶段、干燥过程及后来的处理中纳米粒子团聚的原因主要存在于以下几个方面：

(1)纳米颗粒表面静电荷引力；

(2)纳米颗粒的高表面能；

(3)纳米颗粒之间的范德华力；

(4)纳米颗粒表面的氢键及其他化学键作用

纳米粉体改性就是针对纳米粒子的不稳定性实施的，对于软团聚的纳米粒子，通过表面的物理和化学改性，来提高纳米粉体的可分散性。纳米粉体改性目的就是改善纳米粉体表面的可湿性，增强纳米粉体在介质中的界面相容性，使纳米粒子容易在有机化合物或者水介质中分散，提高纳米粉体的应用性能，使纳米粉体在复合材料的基体中达到纳米粒子应有的作用，提高纳米复合材料的物理、化学、机械性能及产生新的功能。

2.1 纳米粉体表面包覆(覆盖)改性

包覆，也称涂覆和涂层，包覆改性与表面化学改性不同，它是利用无机物或有机物(主要是表面活性剂、水溶性或油性高分子化合物及脂肪酸皂等)对粉体表面进行包覆以达到改性的目的。表面包覆改性时，表面改性剂与粒子表面之间无化学反应，包覆物与粒子间依靠物理吸附或van der waals力而连接。

在文献中，通过在溶液化学法的制备中，在无水氯化铝与氢化铝锂反应时加入三苯基磷，生成的纳米铝颗粒外部直接包覆三苯基磷，可形成以下结构，保护纳米铝，使其团聚现象减少。