氧化石墨烯掺杂增强Al@AP/PVDF 亚稳态复合物燃烧性能研究

陈书文，唐得云，张雪雪，吕杰尧，何伟，刘佩进，严启龙

Science and Technology on Combustion, Internal Flow and Thermostructure Laboratory, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China

1. 引言

亚稳态分子间复合材料（metastable intermixed composite, MIC）由纳米级的氧化剂和燃料组成[1,2]，是一类典型的含能材料（energetic material, EM）。MIC因其能量密度高、能量释放速度快等优点被广泛应用于推进装置和储能装置[3–5]。利用特殊的制备方法，可以得到很多特殊结构的新型MIC。在过去的几十年里，学者们制备和研究了许多新型结构和材料，如逐层结构（layer-by-layer）或核壳结构（core-shell）[6]、三维（three-dimensional, 3D）有序大孔结构[7]和三元纳米复合材料[8]。经测试，这些材料和结构能够有效调节点火装置和改善燃烧性能。此外，先进的制备方法可以提高MIC的安全性并优化成本[1]，使材料的燃烧性能、点火性能和安全性都得到很好的控制。铝（Al）粉因其能量密度高、毒性低的特性被广泛用作EM的燃料[9]。当铝粉的粒径缩小至纳米级时，其燃烧速率大幅度提高，点火延迟显著降低[10,11]。但是纳米铝（nano-Al, n-Al）粉有一个明显的缺点，即在长期存储过程中易形成氧化铝（Al2O3）薄膜，造成能量密度的损失和反应活性的降低。此外，由于其比表面积较大，纳米级颗粒易于团聚，导致反应速率和能量释放效率降低。研究者针对这个问题，对n-Al的表面进行了修饰，以此来提高其在点火过程中的反应活性。我们之前的研究工作[12–14]采用原位合成法，使用不同的界面层制备了新型的、反应可调的核壳结构的铝基MIC，该材料显示出优异的能量释放速率和较低的感度。在复合推进剂组分的选取中，高氯酸铵（ammonium perchlorate, AP）因含氧量高、成本低常被用作氧化剂填料[15]。……