[發明專利]Al/CuO鋁熱劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201710290510.0
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107245746A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 黎學明;尹艷君;郭曉剛;舒湛;王琪輝;楊海峰;朱玉華
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C25D9/04
• 分類號: C25D9/04;C25D7/00;C06B33/00
• 代理公司: 北京迎碩知識產權代理事務所(普通合伙)11512
• 代理人: 張群峰,錢揚保

技術領域

本發明涉及Al/CuO鋁熱劑及其制備方法。

背景技術

亞穩態分子間復合物(metastable intermolecular composite,MICs)具有高體積能量密度，燃燒速率高，微米級的臨界反應傳播尺寸等性能。鋁熱劑做為MICs中的一類，是指有金屬或者非金屬粉末(鋁粉、鎂粉、硼粉)與氧化性較強的金屬或者非金屬氧化物(Fe₂O₃、MnO₂、CuO)或者高聚物(聚四氟乙烯)等所組成的混合物，它們之間在受到熱或者機械力的引發后能夠發生劇烈的氧化-還原反應并放出大量的熱。

Al/CuO鋁熱劑的理論放熱量高達4.06kJ/g，燃燒速率快。因此，近幾年對Al/CuO體系的研究越來越多。此外，傳統的鋁熱劑，氧化劑和還原劑內在顆粒的分離，導致其爆燃速度慢，緩慢的能量釋放速率限制了鋁熱劑的應用。最近，通過合成不同形貌和尺寸的CuO陣列來減少粒子間的空間距離，從而增加接觸面積，提高放熱效率。Kim D K等(Kim D K,Bae J H,Kang M K,Kim H J,Current Applied Physics,2011,11,1067-1070)采用磁控濺射法在CuO納米線上復合納米鋁粒子，組成了Al/CuO納米鋁熱劑。該體系的放熱量接近1186J/g，比傳統物理混合方法制備的Al/CuO體系釋放的能量高出223.1J/g。宋薛等(宋薛，王軍，楊光成，聶福德，含能材料，2013，1，39-43)將溶膠-凝膠法與超臨界干燥技術相結合，制備了比表面約為170～200m²·g^-1的多孔網狀結構CuO氣凝膠。然后，采用物理混合的方法制備出的Al/CuO的納米鋁熱劑燃燒反應劇烈，在納米Al融化之前已經開始反應，大大增加了反應活性，其反應機制較傳統鋁熱劑更加優越。但是，上述制備鋁熱劑的方法，設備復雜，操作繁瑣，試驗周期長等缺點限制了其進一步的發展。

發明內容

本發明的目的在于提供性能更加優良的Al/CuO鋁熱劑。

根據本發明的第一方面，提供了一種Al/CuO鋁熱劑的制備方法，包括：

提供金屬電阻絲作為電化學沉積的陰極，同時提供鉑片電極作為陽極；

配制電化學沉積溶液，其中所述電化學沉積溶液中Cu²⁺的含量為0.1～0.4mol/L，甘露醇(C₆H₁₄O₆)的含量在0.1～0.2mol/L，十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)表面活性劑的質量分數在0.1～0.2％；

利用所述電化學沉積溶液，所述陰極和所述陽極，采用恒電流電沉積法在所述金屬電阻絲上制備CuO陣列薄膜，其中電化學沉積溶液的pH值調節保持在2.0～3.0，恒電流密度0.05～0.15A/cm²，電沉積時間5-10min，所述電化學沉積溶液保持恒溫25±1℃；

用乙醇和去離子水對所述沉積有CuO陣列薄膜的金屬電阻絲各清洗一次，然后在氮氣氛圍中吹干；接下來采用高溫管式爐對吹干后的所述沉積有CuO陣列薄膜的金屬電阻絲進行煅燒，溫度300～500℃，保溫時間2～4h；

配置電泳溶液，其中納米鋁粉的質量分數為0.1～0.2％，溶劑為乙醇與乙酰丙酮體積比為1:1的混合液；

將所述沉積有CuO陣列薄膜的金屬電阻絲作為電泳陰極，并提供空白的相同金屬電阻絲作為電泳陽極；

利用所述電泳溶液、所述電泳陰極和所述電泳陽極，在所述電泳陰極上電泳制備Al/CuO鋁熱劑，其中外加電場范圍100-150V/cm²，電泳沉積時間為5-10min，恒溫保持25±1℃。

本發明的制備方法中，首先通過設計電沉積得到柳葉狀CuO納米陣列，分布均勻，“柳葉”寬度150-200nm；接下來通過設計電泳使納米鋁粒子均勻地覆蓋或者嵌入CuO陣列中，形成致密的Al/CuO復合物。其性能表征結果顯示：Al/CuO納米鋁熱劑燃速快，燃燒劇烈，放熱量高。本方法工藝條件簡便快捷，價格成本低，CuO陣列形貌均勻可控，復合材料致密，性能優良，可廣泛地應用于制備含能藥型罩，反應性破片，微推進等軍工領域。