纳米材料导论大作业

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1、华中科技大学研宄生课程考试答题本考生姓名»考生学号M2011*****系、年级类别题土考试科目纳米材料导论考试日期题号得分题号得分总分：评卷人:注.•1、无评卷人签名试卷无效。2、必须用钢笔或圆珠笔阅卷，使用红色。用铅笔阅卷无效。题号容内答回得分铝在纳米尺度时表现的性质及其应用一，背景:9随着当今社会的迅猛发展，在各个生产生活中的各个方面都需要大量的铝。铝已经成为人们生产生活不可或缺的一种金属。普通铝和纳米级的铝表现出来的性质却有很大的区别。铝是一种银白色轻金属。有延性和展性。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉和铝箔在空

2、气中加热能猛烈燃烧，并发出眩目的白色火焰。熔点660°C,沸点2327°C。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。随着国防科技的迅猛发展，纳米铝在火箭和导弹的固体推进剂中得到了广泛的应用。在固体推进剂中加入适当的铝可以大幅提高燃烧热和燃烧速率。因此，制备纳米铝的技术也是衡量一个国家国防科技水平的标准。二，观点：我认为纳米铝在固体推进剂中得到了广泛的应用，是因为它具有提高燃烧热和燃烧速率的

3、作用。宄其原因应该是处于纳米级的铝产生了新的性质，即受到了尺寸效应的影响。纳米铝表面具有更多的原子，因此具冇更大的化学反应性。在纳米铝颗粒尺寸达到纳米量级时，就会表现出来高度光学非线性，特异性催化和光催化性质，强氧化性质和还原性。因此，将纳米铝加入到固体助燃剂中可以提高燃烧热和燃烧速率。三，制备纳米铝常用的方法：线爆炸法是一种物理法，首先将爆炸室抽至较高的真空，然后向爆炸室充入一定压力的高纯氩气。调节高压至34kV，向储能器充电30kV，使整个系统处于稳定状态。通过送丝装置将直径为0.3mm的铝丝送入爆炸室，控制A1线爆炸频率为30次

4、/min。通过等离子体放电使铝丝在瞬间爆炸,形成高分散的纳米铝粉，然后将纳米铝粉收集后在氮气的保护下进行原位包装。这种方法制备简单，但是这种方法制备纳米铝粉的粒径一般在100nm以上，很题号容内答回得分难做到粒径更小，同时这种方法的生产量很小，难以满足日益扩大的市场需求。②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奋机溶剂硝基甲氯化铝溶液洗涤，能够除去大部分副产物氯化锂。所得纳米铝的平均粒径为55mn。由于所生成的纳米铝非常活泼，如果使用金属

5、钠与氯化铝球磨制备纳米铝，则副产物氯化钠很难除去。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，也难以保所有的原料都能够参与反应，因为固相研磨法毕竞接触面较小，无法与均相反应相比。此外，常用的方法还有脉冲激光剥蚀法，蒸发冷凝法，电弧放电法等。随着制备科技的迅猛发展，人们发明了越来越多的制备方法，使制造出来的颗粒尺寸越来越精细，纯度越来越高，产量越来越高。四，纳米铝在火箭推进剂中的应用在日常生活屮，各种铝制品已经被人们大量使用。更值得注意的是，由于铝的密度高，耗氧量低，有高的燃烧焓，使得在固体推进剂中可以有

6、较高的纳米铝粉含量，对提高比冲的作用相当显著。再加上原材料丰富，成木较低，因此作为能量材料的添加剂被广泛应用在火箭推进剂中。与普通铝粉相比，纳米铝粉具有燃烧更快、放热量更大的特点，若在固体燃料推进剂屮添加1%质量比的纳米铝，燃料的燃烧热可增加1倍。国外有研究报道，在HTPB复合推进剂中，加入20%Alex（ARGONIDE公司产品纳米铝粉），与同样含量普通铝粉相比较，燃烧速率可以提高70%。铝在很多火箭和导弹的燃料中所占比重较小，但是却起着至关重要的作用。铝点燃后的温度超过3826摄氏度，高温迫使火箭发射产生的废气快速喷出，推动火箭和

7、导弹向上运行。五，应用方案：纳米铝在火箭推进剂中的应用方案。通过查阅文献发现，在固体推进剂中加入纳米铝粉，会大大提高推进剂燃速以及降低压强指数。然而，纳米铝粉的活性非常高，暴露在空气屮极易受到氧化而失去活性，从而导致纳米铝粉的形式发生变化。因此，在制备纳米铝时耍在其表面用惰性材料进行覆盖，使其保持应有的高活性。之后再将纳米铝粉与其他的助燃剂，燃料以及有机粘结剂进行按比例混合调制，最后就制作成高性能的固体推进剂。纳米铝粉的表面覆盖惰性物质很重要。老师您在上课的时候重点提到题号容内答回得分了这一点，我查阅相关资料之后发现，如果制作好的固体

8、推进剂在空气中放置较短时间内就会氧化一半。这将大人影响到固体燃料的性能，使固体推进剂的燃烧热大大降低，导致火箭和导弹的射程变短，这在实际应用中是大为不利的。因此，在实际应用中，避免纳米铝不被氧化是一个重耍的工作，应该想办