纳米材料在双基复合材料中的应用研究(3)

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1.3 纳米含能材料的优势

常用的含能材料是炸药和推进剂配方中的主要成分或添加剂。纳米级粒径的固体颗粒在含能材料的应用中的是当前一个研究热点。一般而言，在含能材料领域的研究和开发活动中，重点是开发具有改进的具有优良性能的含能材料。然而，通过分子模拟和新型含能材料有机合成的发展一直非常缓慢，传统的硝胺炸药如RDX和HMX仍然是最常用的炸药。因此，通过一种方法来降低灵敏度并提高含能材料的性能是有人们所追求的。实现这一目标的方法之一是通过控制含能材料的尺寸分布和形态。现已证明将黑索金及其它晶体分子含能材料的平均粒径减小，灵敏度会有所降低，性能会有所提高[12]。现已被证明，这种对灵敏度下降的影响来自与减少的缺陷或位错的晶体，它可以在冲击下的产生[13]。为了创造一个高密度和无缺陷的固体推进剂/炸药，颗粒大小，形态和尺寸分布，必须所有被控制。

纳米材料在工业和商业应用中的迅速增加，越来越多地用于改善当前和未来军事技术的性能。含能材料的微观结构和尺寸对爆炸和燃烧性能有很大的影响。众所周知，纳米复合材料的能量释放速率主要受化学动力学的控制，而非物质的传递，从而大大提高了材料的能量释放率，同时降低了灵敏度[14]。纳米复合含能材料，将燃料和氧化剂的粒径均控制在纳米尺度范围内，结合燃料氧化剂混合物的优异的热力学特性（高能量密度）与全能量释放这一典型特征以炸药在一起[15]。

如果采用纳米材料制成含能炸药，构成材料的微粒之间的扩散距离可以大大降低。同时，与大颗粒材料相比较而言，纳米颗粒材料有着不同的热力学性质。例如，通过减小颗粒大小，颗粒的体积比增大，颗粒的熔化温度和热容量可以降低。此外，纳米颗粒材料的表面原子所占的比例很大，它可以携带额外的能量在其表面。这可以提高能量密度和纳米级的高能粒子的能量释放率。pivkina等人的一项研究表明，与微米级粒子的样品相比，纳米RDX和硝酸铵粉末压成颗粒的燃烧速度明显加快，有更高的压力。这些观察到的结果被认为是增加表面积的纳米颗粒引起的。

然而，目前纳米材料的生产方法较少，与可用于制造有机的纳米粒子相比，有更多的方法可用于制备无机纳米粒子。用于制备有机纳米颗粒的方法主要是基于沉淀，研磨或通过化学反应技术得以实现。目前已使用如溶胶-凝胶法，超临界流体机械球磨方法[16]，超声波喷雾辅助沉淀，等离子体增强结晶等不同的工艺制备了亚微米级的含能材料的颗粒，但是他们也有各自的优缺点。例如，铣削技术依赖于在系统上应用非常高的机械能导致晶体结构的变化。研磨含能材料也可危险。溶胶-凝胶方法是多步骤和耗时的合成路线等。

1.4 本文工作

纳米黑索金，属于纳米含能材料的范畴[17]。纳米含能材料目前还是一个新兴的领域，它具有的许多特殊的性质和特征还未被人们发掘，如物理性质、化学性能等。这些性能将会在今后的现代武器的应用中起到令人们意想不到的新作用。

本文的工作主要是选择不同粒径的黑索金进行研究，双基复合材料选择双迫药为基础材料，以乙酸乙酯为溶剂。针对纳米材料容易出现团聚现象的问题，设法通过微量加料的方式实现该类材料纳米颗粒的有效分散，提高分散性，防止或减少团聚现象的发生。探索研究纳米含能材料的配方和工艺，研究该类材料的各种性能，并通过毛细管流变仪、电子拉力机实验和密闭爆发器试验等手段对材料的多种性能进行测定与表征，并获得相应优良的实验配方和操作工艺。