宽温度范围纳米多孔硅/高氯酸钠热分解特性

付 琼, 刘玉存, 张志军, 武 晔, 于国强, 李尚杰, 刘 媛

(1. 中北大学化工与环境学院, 山西 太原030051; 2. 中国五洲工程设计集团有限公司, 北京 100053; 3. 陕西应用物理化学研究所, 陕西 西安 710061; 4. 西安物化巨能爆破器材有限责任公司, 陕西 西安 710061)

1 引 言

纳米多孔硅( Nano Porous Silicon, nPS)是一种在硅表面形成微纳米多孔结构的硅基底材料[1],自发明以来被广泛应用于电子及发光元件中,其存在形式包括纳米多孔硅片以及纳米多孔硅粉。1992年,McCord P[2]首次报道了纳米多孔硅片的爆炸性能,在随后的20年,纳米多孔硅与固体氧化剂之间的爆炸反应被陆续发现[3-4],此后其作为新型燃烧剂引起了广泛关注。nPS的制备方法包括电化学腐蚀法[5]、化学腐蚀法[6]、固体火焰放热法[7]、Si2H6化学气相沉积技术[8-11]、钠热还原法[12]、Bottom-up 合成法[13],其中电化学腐蚀法和化学腐蚀法被普遍采用。利用化学腐蚀法制备纳米多孔硅粉,操作简便且成本较低,实现了nPS的工业化生产[14-15],为其大规模应用于含能材料领域迈出了重要一步。纳米多孔硅基复合含能材料燃烧及爆炸性能良好,国外学者对其进行了系统研究[16-17],美国已经成功将其应用于无起爆药雷管[18]。而关于纳米多孔硅基复合含能材料热分解特性及燃烧机理报道较少,已有研究也主要针对片状纳米多孔硅复合含能材料[19-20],且其温度测试范围相对较窄,如Becker C R等[21]报道了25～550 ℃温度范围内nPS/NaClO4复合含能材料的热分解性能,无法反映此类材料的热分解全过程。

基于此,本研究以化学腐蚀法制备的纳米多孔硅粉为燃烧剂,高氯酸钠(NaClO4)为氧化剂,制备nPS/NaClO4复合含能材料,采用差示扫描量热-热重(DSC-TG)法,在25～1200 ℃宽温度范围对其热性能进行分析。……