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1、....页眉纳米铝粉的点火机理及制备摘要：纳米铝粉由于其大比表面、低活化能、高活性等独特的化学物理特性正逐步替代微米粉而作为含能材料添加剂被广泛用于火箭推进剂、高效助燃剂，添加到火箭的固体燃料，大幅度提高燃料燃烧速度、改善燃烧的稳定性、燃料空气炸药(FAE)、深水炸弹等工程和军事中。用光触发同步采集技术在多光谱系统上测定纳米铝粉与环氧丙烷快速反应的点火延迟时间和基团光谱强度,得出诱导激波作用下纳米铝粉的点火机理。X射线衍射(XRD)数据表明,等离子体方法生产的纳米铝粉由于活性较高表面有部分氧化,电子能谱(XPS)给出结果
2、表明氧化层厚度～3nm,且其反应生成物的电子能谱显示氧化层厚度随诱导激波强度增加而相应增大。单色仪测定AlO(46418nm)点火时间表明随诱导激波强度增大,纳米铝粉在环氧丙烷反应系统中的抛撒状态分布更均匀,颗粒受热面增大,受热率明显增大,且激波作用下铝粉表面3nm厚氧化层也极易被熔破,使内核活性铝气化与反应系统中的氧原子及含氧分子反应放热而达到点火状态。用TEM和XRD分析得，纳米Al粉的平均粒径为50nm,颗粒基本为球形,放置半年后含氧量为8.2%,最大的吸收峰出现在波长为253nm处。在Ar气流中,在780℃时纳米
3、铝粉增重约20%,熔化峰位置为654.8℃,熔化吸热为136J·g-1。目前，在固体推进剂中加入微米级A1粉是提高推进剂能量水平的一个常用手段，但微米级Al粉在燃烧过程中易在燃面互相熔联形成凝滴而降低燃烧效率，同时也有可能产生燃烧不完全、特征信号过强和喷管的两相流损失等缺陷，而使用纳米Al粉替代对克服这些缺陷具有重要的实际应用价值[z’3]。因纳米Al粉具备以上优点，使其在同体推进剂领域具有广阔的应用前景，但在实际应用中发现，纳米Al粉极易团聚，难以均匀分散到其它组分之中；同时纳米Al粉表面活性很高，其表面极易发生氧化而
4、降低应用效果。对此国内外研究者提出两种解决途径，一是采用包覆层保护纳米A1粉并提高其分散性，制备以纳米Al粒子为核、另一种物质为壳的复合纳米粒子；另一种方法是用空气进行钝化处理,得到有钝化层保护的纳米铝粉。关键词：纳米铝粉、点火机理、自悬浮定向流法、光谱、固体推进剂、核型、钝化、氧化机理。引言：纳米微粒是指尺寸范围定义为1～100nm左右的颗粒。纳米微粒具有小尺寸效应,表面效应,量子尺寸效应,量子隧道效应等特性。小尺寸效应是指当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时
5、,晶体周期性的边界条件将被破坏,非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小,从而使得纳米微粒在声、光、电、磁、热力学等方面呈现新的特殊性质。表面效应是由于位于纳米微粒表面的原子占相当大的比例,表面原子的配位不足及高的表面能,使表面原子具有高的活性,极不稳定,....页脚.....页眉很容易与其它原子结合。当粒子尺寸下降到某一值时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级,能隙变宽等现象均被称为量子尺寸效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为量子
6、隧道效应。正是这些特性的存在使得纳米微粒体系具有不同于常规固体的新特性,也使得纳米材料在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料的开发应用方面以及在固体推进剂配方改进中有着广阔的前景。1纳米材料物理化学特性1.1熔点由于纳米微粒的颗粒小,表面能高、表面原子近邻配位不全,纳米粒子熔化时所需增加的内能较小,使纳米微粒熔点急剧下降。大块Au的熔点为1337K,而2nm的Au微粒熔点为600K,纳米Ag微粒在低于373K开始熔化,常规Ag的熔点远高于1273K。1.2烧结温度压制成块的纳米材料的界面具有高能量,在烧结过程中高的界
7、面能成为原子运动的驱动力,有利于界面中的孔洞收缩及空位团的湮没,因此烧结温度降低。非晶纳米微粒的晶化温度也低于常规粉体。1.3热稳定性纳米结构材料庞大比例的界面具有较高的能量,这为晶粒长大提供了驱动力,它们通常处于亚稳态。加热退火过程将导致纳米微晶的晶粒长大,与此同时,纳米微晶物质的性能也向大晶粒物质转变。纳米金属晶体的晶粒长大相对来说比较容易,热稳定的温区较窄。1.4缺陷缺陷是指实际晶体结构与理想的点阵结构发生偏差的区域。按照缺陷在空间分布的情况,可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。缺陷对材料许多性质有着举足轻重的影响,特别
8、是对结构十分敏感的物理量,例如屈服强度、断裂强度、超塑、半导体的电阻率、杂质发光等。20世纪90年代不少人利用高分辩电镜分别在纳米Pd中观测到了位错,孪晶,位错网络等,这使得纳米材料中缺陷的存在以无可争辩的事实获得了确证。张志琨等研究了纳米Cu和Ag的缺陷,基于X射线衍射线形的非对称性及其物理特性,用Fourier分
