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纳米铝热剂的微观模拟研究进展

火炸药学报 2022年第5期45卷 597-611页

作者：崔巍王亚军甘强冯长根北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

系统介绍了近年来基于密度泛函理论计算、ReaxFF分子动力学和从头算分子动力学的微观模拟方法在纳米铝热剂反应过程研究中的应用,主要对采用微观模拟方法研究纳米铝热剂的静态组分界面稳定性、反应机理、反应行为和反应特性等工作进行... 详细信息

系统介绍了近年来基于密度泛函理论计算、ReaxFF分子动力学和从头算分子动力学的微观模拟方法在纳米铝热剂反应过程研究中的应用,主要对采用微观模拟方法研究纳米铝热剂的静态组分界面稳定性、反应机理、反应行为和反应特性等工作进行了综述,重点总结了微观模拟方法在铝热剂反应机理探索与验证中取得的成果,并从原子扩散行为和原子间成键行为两方面分析铝热反应行为。最后对纳米铝热剂将来的研究方向与发展趋势进行了展望,认为可以对现有铝热体系进行扩展,考虑不同载荷条件下纳米铝热剂的点火机制、建立微观-宏观耦合及弥补微观模拟与宏观连续尺度模拟的不足等,从而为纳米铝热剂研究提供相关理论指导。附参考文献81篇。

关键词：纳米铝热剂微观模拟密度泛函理论分子动力学反应机理

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新型碱金属高碘酸盐纳米铝热剂的反应特性

含能材料 2022年第4期30卷 316-323页

作者：万早雁李晨李燕易镇鑫叶迎华张琳朱顺官南京理工大学化学与化工学院江苏南京210094

纳米铝热剂向着高能方向发展的一个重要限制因素是在铝热反应过程中缺少大量的气体产物。为了弥补纳米铝热剂产气量不足的缺陷,提高纳米铝热剂的反应活性,通过喷雾干燥法制备了具有核⁃壳结构的纳米铝热剂Al@KIO_(4)和Al@NaIO_(4)。采用... 详细信息

纳米铝热剂向着高能方向发展的一个重要限制因素是在铝热反应过程中缺少大量的气体产物。为了弥补纳米铝热剂产气量不足的缺陷,提高纳米铝热剂的反应活性,通过喷雾干燥法制备了具有核⁃壳结构的纳米铝热剂Al@KIO_(4)和Al@NaIO_(4)。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热分析仪、定容燃烧实验、吸湿性实验和威力测试对两种铝热剂的形貌结构、热性能、定容燃烧性能、耐潮湿环境能力和起爆性能进行评估。结果表明,喷雾干燥法制备的Al@KIO_(4)和Al@NaIO_(4)纳米铝热剂的形貌规则、纯度高,铝热反应的总放热量分别为1262.12 J∙g^(-1)和1414.7 J∙g^(-1);两种铝热剂反应过程中的反应起始温度低,反应中伴随大量氧化性气态产物生成;高湿环境中两种铝热剂分别在第6天和第10天达到质量平衡,质量增重约0.64%和0.65%,耐潮湿环境能力良好;96 mg铝热剂作为起爆药装配到8#工业雷管中能使黑索今完全爆轰,可使5 mm厚的铅板穿孔,穿孔直径几乎到达叠氮化铅的水平。将96 mg的Al@KIO_(4)、Al@NaIO_(4)、斯蒂芬酸铅和叠氮化铅分别作为起爆药装填在8#工业雷管中使黑索今完全爆轰,根据5 mm厚的铅板穿孔直径判断起爆能力为:叠氮化铅>Al@NaIO_(4)>Al@KIO_(4)>斯蒂芬酸铅。

关键词：高碘酸盐核⁃壳结构纳米铝热剂起爆

Al/Fe_(2)O_(3)纳米铝热剂界面结构和稳定性的周期性密度泛函理论研究

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含能材料 2022年第3期30卷 197-203页

作者：薛闯高贫王桂香贡雪东南京理工大学化学与化工学院江苏南京210094 国家民用爆破器材质量监督检验中心江苏南京210094

纳米铝热剂是一类应用广泛的含能复合材料,系统研究其界面结构与性能的关系,对制备性能更优的新型铝热剂有重要指导意义。采用周期性密度泛函理论方法研究了Fe_(2)O_(3)(104)和Fe_(2)O_(3)(110)表面的结构、表面能以及由它们与Al(111)... 详细信息

纳米铝热剂是一类应用广泛的含能复合材料,系统研究其界面结构与性能的关系,对制备性能更优的新型铝热剂有重要指导意义。采用周期性密度泛函理论方法研究了Fe_(2)O_(3)(104)和Fe_(2)O_(3)(110)表面的结构、表面能以及由它们与Al(111)表面构成的Al/Fe_(2)O_(3)界面(AFS1、AFS2、AFS3、AFS4和AFS5)的结构、黏附功和键合特征。结果表明,Fe_(2)O_(3)(104)和Fe_(2)O_(3)(110)的O原子暴露表面更稳定,它们与Al(111)构成的界面AFS1和AFS5在所研究的5种界面中也最稳定,分别具有最大的黏附功(3.92 J·m^(-2)和3.02 J·m^(-2)),且AFS1比AFS5更稳定。在这两种最稳定的界面中,Al原子都是堆积在Fe_(2)O_(3)表面O原子的顶位,界面键合主要是通过Al‑O离子键作用。

关键词：周期性密度泛函理论纳米铝热剂 Al/Fe_(2)O_(3) 界面结构界面稳定性

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纳米铝热剂的制备与研究进展

应用化工 2022年第3期51卷 868-872页

作者：张莹莹刘唯林军李明海马振叶南京师范大学化学与材料科学学院江苏南京210023 南京师范大学常州创新发展研究院江苏常州213022

综述了目前国内外制备纳米铝热剂的方法与研究现状,其中包括溶胶-凝胶法、喷雾法(ES)、电泳沉积法、自组装合成法、球磨法、自蔓延高温合成法等。总结了各个制备方法的优缺点,并对其制备方案进行了总结与展望。目前在制备过程以及应用... 详细信息

综述了目前国内外制备纳米铝热剂的方法与研究现状,其中包括溶胶-凝胶法、喷雾法(ES)、电泳沉积法、自组装合成法、球磨法、自蔓延高温合成法等。总结了各个制备方法的优缺点,并对其制备方案进行了总结与展望。目前在制备过程以及应用中仍存在需要解决的问题,反应物的组分比、纳米粒子之间团聚问题、释放的热量大小以及出现高温峰的温度大小、在工业上要求高效地制备出成本低环保的材料。并对其制备方法与应用研究进行了总结与展望。

关键词：纳米铝热剂纳米含能复合材料制备

二维MnO_(2)/Al纳米铝热剂:制备与含能特性表征

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兵器材料科学与工程 2023年第6期46卷 1-5页

作者：欧海峰陈晓勇胡晓艳刘迎彬王彤彤湖南神斧集团向红机械化工有限责任公司湖南岳阳414100 中北大学化学与化工学院山西太原030051 动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学环境与安全工程学院山西太原030051

为了利用二维材料的优异特性及研究其对含能材料性能的影响,将氧化剂二氧化锰(Mn O_(2))二维化,通过超声混合技术制备二维Mn O_(2)/Al(铝)纳米铝热剂,基于热分析和等容燃烧确证二维化含能组分能显著改善体系含能特性。结果表明:Mn O_(2... 详细信息

为了利用二维材料的优异特性及研究其对含能材料性能的影响,将氧化剂二氧化锰(Mn O_(2))二维化,通过超声混合技术制备二维Mn O_(2)/Al(铝)纳米铝热剂,基于热分析和等容燃烧确证二维化含能组分能显著改善体系含能特性。结果表明:Mn O_(2)二维化后,体系热释放显著增加(二维Mn O_(2)/纳米Al体系放热量达到1715 J/g,比报道的普通Mn O_(2)/纳米Al体系放热量(981.81 J/g)增加了约1倍);等容燃烧反应压力高达6.58 MPa,比文献报道的普通Mn O_(2)/纳米Al体系(0.581MPa)的高10倍以上。简单的改变组分形貌可显著提升体系含能特性,从物理角度出发也可使含能材料性能明显优化。

关键词：纳米铝热剂二维材料调制

二维MnO/Al纳米铝热剂：制备与含能特性表征

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兵器材料科学与工程 2023年

作者：欧海峰陈晓勇胡晓艳刘迎彬王彤彤中北大学环境与安全工程学院湖南神斧集团向红机械化工有限责任公司动态测试技术国家重点实验室中北大学化学与化工学院

为了利用二维材料的优异特性及研究其对含能材料性能的影响，将氧化剂二氧化锰(MnO2)二维化，通过超声混合技术制备二维MnO2/Al(铝)纳米铝热剂，基于热分析和等容燃烧确证二维化含能组分能显著改善体系含能特性。结果表明：MnO2二维化... 详细信息

为了利用二维材料的优异特性及研究其对含能材料性能的影响，将氧化剂二氧化锰(MnO2)二维化，通过超声混合技术制备二维MnO2/Al(铝)纳米铝热剂，基于热分析和等容燃烧确证二维化含能组分能显著改善体系含能特性。结果表明：MnO2二维化后，体系热释放显著增加(二维MnO2/纳米Al体系放热量达到1 715 J/g，比报道的普通MnO2/纳米Al体系放热量(981.81 J/g)增加了约1倍)；等容燃烧反应压力高达6.58 MPa，比文献报道的普通MnO2/纳米Al体系(0.581MPa)的高10倍以上。简单的改变组分形貌可显著提升体系含能特性，从物理角度出发也可使含能材料性能明显优化。

关键词：纳米铝热剂二维材料调制

基于结构调控的纳米铝热剂制备及反应性能研究

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基于结构调控的纳米铝热剂制备及反应性能研究

作者：刘利重庆科技学院

学位级别：硕士

铝热剂是由金属氧化物(CuO、FeO、MnO)和铝粉(Al)混合而成的高能量密度和高燃烧速率的含能材料。目前,铝热剂存在组分接触不紧密,放热与燃烧反应性能差等缺陷。为增强铝热剂的反应性能,改善铝粉和金属氧化物间的接触,抑制纳米铝热剂反... 详细信息

铝热剂是由金属氧化物(CuO、FeO、MnO)和铝粉(Al)混合而成的高能量密度和高燃烧速率的含能材料。目前,铝热剂存在组分接触不紧密,放热与燃烧反应性能差等缺陷。为增强铝热剂的反应性能,改善铝粉和金属氧化物间的接触,抑制纳米铝热剂反应过程中的“预点火-熔结”效应。以生物材料为牺牲模板,制备具有精细结构特征的金属氧化物并用于构建高性能纳米铝热剂,并对纳米铝热剂的结构形貌、化学组成、燃烧性能和放热性能等进行详细研究。论文的主要研究内容和结论如下:(1)通过浸渍-煅烧工艺,分别以石松孢子粉和绿带翠凤蝶翅为模板制备具有辐射对称四面体结构的氧化铜(LP-CuO)和脊纹片状结构的氧化铜(PW-CuO)。同时,还制备了直径约400 nm的球状氧化铜(SP-CuO)。然后,以Al为燃剂,LP-CuO、PW-CuO和SP-CuO为氧化剂,通过物理混合方式制备了Al/LP-CuO、Al/PW-CuO和Al/SP-CuO等三种纳米铝热剂,并对其微观形貌和化学组成进行表征。实验结果表明:Al/LP-CuO、Al/PW-CuO和Al/SP-CuO纳米铝热剂仅由Al和CuO构成,纯度较高,无其它杂质。此外,通过浸渍-煅烧工艺制备的CuO基本保留了模板的结构特征,Al/LP-CuO、Al/PW-CuO和Al/SP-CuO中的CuO和Al混合均匀、接触紧密。(2)通过高速摄像机和差式扫描量热仪(DSC)对Al/LP-CuO、Al/PW-CuO和Al/SP-CuO纳米铝热剂的燃烧行为和放热性能进行评价。实验结果表明:当量比Ф=1.5时,Al/PW-CuO的燃烧效果最佳,火焰刺眼,伴随尖锐爆鸣声,最高放热量为2278.00 J/g;当量比Ф=1.5时,Al/LP-CuO的燃烧效果最佳,火焰明亮,产生清脆爆鸣声,最高放热量为1969.08 J/g;当量比Ф=1.0时,Al/SP-CuO燃烧效果最佳,火焰明亮,产生沉闷爆鸣声,最高放热量为1665.22 J/g。其中,Al/PW-CuO表现出最为优异的燃烧效果和放热性能,可归因于PW-CuO的脊纹片状结构。与LP-CuO、SP-CuO相比,脊纹片状结构PW-CuO的空间利用率较高,可提供大量反应位点,因而具有最优的放热性能。(3)对纳米铝热剂的反应性能进行分级评分。结果表明:Al/PW-CuO、Al/LP-CuO和Al/SP-CuO的分级评分总分分别为62分、54分和51分。究其原因,PW-CuO具有脊纹片状结构,可为Al提供丰富的反应位点,空间利用率较高;LP-CuO虽具有孔道结构,但其内部存在空心结构,Al粉不能进入其内部,空间利用率较低。另外,SP-CuO表面无脊纹或孔道结构,对“预点火-熔结”效应无抑制效果,且Al粉不能进入SP-CuO内部,空间利用率最低。因此,通过调控金属氧化物微观结构,可改善其与铝粉的接触,抑制反应过程中的“预点火-熔结”效应,从而有效增强纳米铝热剂的反应性能。

关键词：纳米铝热剂结构调控氧化铜放热性能燃烧性能

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纳米铝热剂的研究进展

火炸药学报 2014年第4期37卷 1-8,44页

作者：王军张文超沈瑞琪叶家海王晓伟南京理工大学化工学院江苏南京210094 大唐南京环保科技有限责任公司江苏南京211100

介绍了物理混合、溶胶凝胶、物理气相沉积、自组装和反应抑制球磨法5种制备纳米铝热剂的方法及不同方法制得的纳米铝热剂的燃烧性能,分析了纳米铝热剂在制备、表征以及应用中存在的问题,提出了纳米铝热剂未来的研究重点,即纳米铝热剂的... 详细信息

介绍了物理混合、溶胶凝胶、物理气相沉积、自组装和反应抑制球磨法5种制备纳米铝热剂的方法及不同方法制得的纳米铝热剂的燃烧性能,分析了纳米铝热剂在制备、表征以及应用中存在的问题,提出了纳米铝热剂未来的研究重点,即纳米铝热剂的制备新方法研究、燃烧传播机理和有机含能材料与纳米铝热剂的复合等。附参考文献65篇。

关键词：材料科学纳米材料含能材料纳米铝热剂燃烧性能

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国外纳米铝热剂的最新研究进展

火炸药学报 2019年第2期42卷 107-113,I0001页

作者：任晓雪彭翠枝秦涧郑斌北方科技信息研究所北京100089

为了促进我国纳米铝热剂技术研究进步,及时把握国外纳米铝热剂技术的最新发展动向和应用,在系统跟踪国外最新发展动态的基础上,综述了美国、法国等国家在纳米铝热剂的制备技术及应用技术、新型纳米铝热剂混合物研究及其反应性能的最新... 详细信息

为了促进我国纳米铝热剂技术研究进步,及时把握国外纳米铝热剂技术的最新发展动向和应用,在系统跟踪国外最新发展动态的基础上,综述了美国、法国等国家在纳米铝热剂的制备技术及应用技术、新型纳米铝热剂混合物研究及其反应性能的最新研究进展,其中制备技术包括固相反应法、溶胶-凝胶法、燃烧合成法、生物合成法、低能耗放大生产方法等。表明纳米铝热剂经过20年的研究已从实验室研究转向预生产阶段;指出纳米铝热剂所具有的特殊优异性能将使其成为高性能含能材料的发展目标;随着纳米铝热剂在火炸药中的应用,将使推进剂具有更高的燃速,弹药更加小型化,可得到性能先进的燃料和添加剂组分,有望成为提高火炸药安全性的重要途径,从而满足未来对含能材料提出的更高要求。

关键词：应用化学含能材料纳米铝热剂火炸药氧化铁纳米铝高能量密度材料