納米鋁粉的活性評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展①

姚二崗，趙鳳起，安 亭，高紅旭，郝海霞，裴 慶

(西安近代化學(xué)研究所，西安 710065)

0 引言

納米鋁粉作為一種新型燃料，因其優(yōu)異的熱釋放和低溫氧化能力，在推進(jìn)劑、發(fā)射藥、炸藥及鋁熱劑等含能材料領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用［1］。在固體推進(jìn)劑體系中添加適量的納米鋁粉，可顯著改善固體推進(jìn)劑的性能［2－5］。但由于納米鋁粉所具有的小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)使其反應(yīng)活性很高［6］，一經(jīng)制備，表面原子便被氧化，致使單質(zhì)鋁含量降低，同時(shí)其高活性也給單質(zhì)鋁含量的測定帶來極大困難。因此，有關(guān)納米鋁粉活性的研究，即如何保持或控制納米鋁粉的活性對(duì)發(fā)揮其更好的性能具有重要意義。而在納米鋁粉活性研究中的一個(gè)關(guān)鍵問題就是如何對(duì)納米鋁粉的高活性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，即制訂一個(gè)可行的納米鋁粉活性評(píng)價(jià)方法。

目前，納米鋁粉的活性評(píng)價(jià)方法還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，大部分研究還處于探索階段，如Valliappan等［7］通過自制的試驗(yàn)裝置測試了納米鋁粉與不同金屬氧化物(WO3、MoO3、CuO和Fe2O3)在無限制條件下反應(yīng)時(shí)的表面燃燒速率和點(diǎn)火延遲時(shí)間，并將這2個(gè)參數(shù)作為測定納米鋁粉反應(yīng)活性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，即表面燃燒速率越大、點(diǎn)火延遲時(shí)間越短，則其反應(yīng)活性越大。從目前研究來看，納米鋁粉的活性評(píng)價(jià)方法主要采用單質(zhì)鋁含量和其氧化過程中的熱分析參數(shù)來評(píng)價(jià)。

1 基于單質(zhì)鋁含量的活性評(píng)價(jià)方法

由于單質(zhì)鋁含量直接關(guān)系到鋁粉燃燒過程中能量釋放的多少，因此單質(zhì)鋁含量一直是評(píng)價(jià)納米鋁粉活性高低的重要指標(biāo)。目前，有關(guān)單質(zhì)鋁含量的測定方法很多，主要包括氣體容量法、氧化還原滴定法、熱重分析(TG)法和透射電鏡分析法等。

1.1 氣體容量法

氣體容量法是根據(jù)鋁粉中的單質(zhì)鋁可與氫氧化鈉反應(yīng)放出氫氣，通過排水法測定氫氣的體積，從而根據(jù)產(chǎn)生氫氣的量即可計(jì)算出單質(zhì)鋁的含量。

該法簡單可靠，所需時(shí)間短，結(jié)果重復(fù)性較好。但試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的氫氣量較少，要求試驗(yàn)裝置需有很好的氣密性，且產(chǎn)生的是氣體，因此環(huán)境對(duì)試驗(yàn)的影響很大。同時(shí)，該方法所需的鋁粉中單質(zhì)鋁量應(yīng)大于80%，而納米鋁粉的單質(zhì)鋁含量一般都較低，因此采用此方法會(huì)使試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定偏差。對(duì)于粒徑更小的納米鋁粉，還可能出現(xiàn)反應(yīng)不完全的現(xiàn)象，如陳亮等［8］為研究納米鋁粉與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)是否完全，將反應(yīng)后的混合溶液經(jīng)超聲分散后采用透射電子顯微鏡下對(duì)其進(jìn)行分析。結(jié)果表明，反應(yīng)后的殘余液體仍有直徑約20 nm的較大顆粒和直徑在10 nm以下的小顆粒，通過對(duì)20 nm左右顆粒的選區(qū)電子衍射分析，顯示衍射斑點(diǎn)較為規(guī)整，為鋁的衍射晶面［9］，這可能是由于納米鋁粉的粒徑越小，越容易被氧化，表面氧化層也就相對(duì)越厚，從而可能會(huì)對(duì)反應(yīng)形成一定的阻礙作用。

同時(shí)，對(duì)于氣體容量法，由于納米鋁的表面活性很高，因此會(huì)在其表面吸附一些氣體。文獻(xiàn)［10］曾報(bào)道電爆炸法制得的納米鋁粉表面吸附的氣體含量會(huì)達(dá)到7%，這使得通過氣體法來測定單質(zhì)鋁含量時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定誤差，即使試驗(yàn)結(jié)果偏高［11］。

1.2 氧化還原滴定法

氧化還原滴定法在測定單質(zhì)鋁含量的試驗(yàn)中被廣泛采用［12－16］。氧化還原滴定法是利用氧化劑或還原劑作為標(biāo)準(zhǔn)溶液，根據(jù)氧化還原反應(yīng)進(jìn)行滴定的方法。從鋁的特性知道，單質(zhì)鋁是強(qiáng)的還原劑，因此選用合適的氧化劑作為標(biāo)準(zhǔn)溶液，通過滴定方法即可測得單質(zhì)鋁的含量。

目前，氧化還原滴定法測定鋁粉中單質(zhì)鋁含量主要采用返滴定的方法，即先選用Fe3+作為中間物與單質(zhì)鋁反應(yīng)，鋁將三價(jià)鐵離子還原成亞鐵離子，然后再用標(biāo)準(zhǔn)的重鉻酸鉀溶液、高錳酸鉀溶液、硫酸高鈰溶液等滴定被鋁還原的亞鐵離子，最后通過計(jì)算反推試樣中單質(zhì)鋁的含量。

1.2.1 重鉻酸鉀滴定法

該法主要依據(jù)GJB 1738—93，其測定原理是在酸性介質(zhì)中，在有CO2保護(hù)氣體存在下，單質(zhì)鋁將三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵，以二苯胺磺酸鈉做指示劑，用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。根據(jù)消耗的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，計(jì)算單質(zhì)鋁含量。

王晨光等［17］采用此方法分別測定了納米鋁及增塑劑COF包覆改性后納米鋁的單質(zhì)鋁含量，并考察了COF和CO2對(duì)測定結(jié)果的影響。結(jié)果表明，除去COF后的測試結(jié)果更為準(zhǔn)確;CO2有著較為明顯的保護(hù)作用，因此在試驗(yàn)過程中，要保持裝置的氣密性，使CO2真正起到保護(hù)作用。

1.2.2 水溶劑高錳酸鉀滴定法

水溶劑高錳酸鉀滴定法的原理是先用三價(jià)鐵鹽將單質(zhì)鋁氧化，三價(jià)鐵離子被還原為亞鐵離子，然后用酸性高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液來滴定亞鐵離子的量，從而間接計(jì)算鋁粉中單質(zhì)鋁的含量。由于三價(jià)鐵離子可與磷酸反應(yīng)生成無色的絡(luò)合物，當(dāng)紫紅色的酸性高錳酸鉀溶液滴定未達(dá)到滴定終點(diǎn)前溶液是無色的，滴定終點(diǎn)溶液顯粉紅色。

段歡等［18］采用該方法滴定了納米鋁粉中單質(zhì)鋁的含量，并與采用乙醇作溶劑的高錳酸鉀的滴定結(jié)果作對(duì)比。結(jié)果表明，2種方法的測量結(jié)果相差較大，這主要是由于納米鋁粉的活性較高，易與水發(fā)生反應(yīng)，而造成結(jié)果偏差較大。

重鉻酸鉀滴定法和水溶劑高錳酸鉀滴定法由于操作簡單、方法成熟，對(duì)于納米鋁粉中單質(zhì)鋁含量的測定已有一些應(yīng)用。但由于納米鋁粉的活性很高，易在氧化還原反應(yīng)中與水發(fā)生反應(yīng)，而且這兩種滴定方法都是在酸性水溶液環(huán)境中進(jìn)行的，這樣納米鋁粉更容易被H+所氧化而放出氫氣，使測量值低于真實(shí)值。

對(duì)于氧化還原滴定法，能否成功測定納米鋁粉中單質(zhì)鋁含量，關(guān)鍵要從以下兩方面著手:一是抑制納米鋁粉與水的反應(yīng)，這可從減少反應(yīng)體系中水的量來實(shí)現(xiàn);二是選擇比Fe3+氧化性更強(qiáng)的氧化劑來氧化納米鋁粉中的單質(zhì)鋁，減少鋁被H+氧化的機(jī)會(huì)。從這兩條解決思路出發(fā)，又產(chǎn)生了非水溶劑高錳酸鉀滴定法和硫酸高鈰滴定法。

1.2.3 非水溶劑高錳酸鉀滴定法

非水溶劑高錳酸鉀滴定法的原理是采用無水乙醇作為溶劑，用較易溶于無水乙醇的硝酸鐵作為三價(jià)鐵鹽將單質(zhì)鋁氧化，三價(jià)鐵離子被還原為亞鐵離子，再用稀硝酸酸化的高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液來滴定亞鐵離子的量，從而間接計(jì)算鋁粉中單質(zhì)鋁的含量。

陳亮等［8］分別采用硝酸鐵和氯化鐵作為三價(jià)鐵鹽、無水乙醇作為溶劑、高錳酸鉀為標(biāo)準(zhǔn)溶液，通過滴定法測定了納米鋁粉中單質(zhì)鋁的含量。結(jié)果表明，硝酸加入量、加入時(shí)間及加硝酸后溶液的攪拌反應(yīng)時(shí)間對(duì)滴定結(jié)果的影響較大。對(duì)于不同的納米鋁粉，用該法滴定時(shí)，應(yīng)通過多次試驗(yàn)來確定這幾個(gè)參數(shù)的最佳值，以增加測定結(jié)果的可信度。

采用非水溶劑高錳酸鉀滴定法測定納米鋁粉中單質(zhì)鋁的含量，可大大降低水或H+等對(duì)試驗(yàn)的影響，而且對(duì)一些有機(jī)物包覆的納米鋁粉，由于無水乙醇可溶解納米鋁粉表面的有機(jī)物，使得對(duì)于采用有機(jī)物包覆的納米鋁粉可以很容易去掉表面的有機(jī)層，減小包覆層對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，提高測量的準(zhǔn)確性。

1.2.4 硫酸高鈰滴定法

在傳統(tǒng)的高錳酸鉀滴法中，雖有氧化能力較強(qiáng)的Fe3+，鋁還是會(huì)被H+甚至水氧化而產(chǎn)生氫氣，即發(fā)生析氫反應(yīng)。而Ce4+/Ce3+的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢在0.1～0.4 mol/L的硫酸環(huán)境下遠(yuǎn)大于Fe3+/Fe2+的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢［19－20］，因此四價(jià)鈰鹽的氧化性遠(yuǎn)高于三價(jià)鐵鹽，將其作為氧化劑可直接氧化納米鋁粉中的單質(zhì)鋁，從而避免納米鋁粉被溶液中其他氧化劑所氧化。

硫酸高鈰滴定法是用硫酸高鈰直接氧化單質(zhì)鋁，過量的硫酸高鈰通過用高錳酸鉀或重鉻酸鉀標(biāo)定了準(zhǔn)確濃度的硫酸亞鐵滴定，通過消耗的硫酸高鈰的量計(jì)算納米鋁粉中單質(zhì)鋁的含量，其主要反應(yīng)方程如下:

Fedotova等［21］采用硫酸高鈰法，以硫酸高鈰、硫酸亞鐵銨等分別滴定了微米鋁粉及含不同鈍化包覆層的納米鋁粉中單質(zhì)鋁的含量。結(jié)果表明，試驗(yàn)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差未超過0.8%，結(jié)果的重復(fù)性很好。同時(shí)，為驗(yàn)證硫酸高鈰法的準(zhǔn)確性，又分別采用返螯合物滴定法和硫酸高鈰法測定了納米鋁粉的總鋁含量。結(jié)果表明，2種方法測得的結(jié)果一致，硫酸高鈰法的結(jié)果可信。

陳亮等［8］利用硫酸高鈰法分別對(duì)采用電爆炸法、等離子體法、激光加熱法和感應(yīng)加熱法制得的平均粒徑為50 nm的鋁粉的單質(zhì)鋁含量進(jìn)行測定，并與傳統(tǒng)的Fe3+為氧化劑的滴定法比較。結(jié)果表明，以硫酸高鈰為氧化劑時(shí)，測定的納米鋁粉的單質(zhì)鋁含量較高。

硫酸高鈰是比硝酸鐵氧化性更強(qiáng)的氧化劑，可用其直接氧化單質(zhì)鋁，并且氧化較為充分，防止了析氫反應(yīng)的發(fā)生，滴定結(jié)果的準(zhǔn)確性也有所提高。但硫酸高鈰須在強(qiáng)酸下氧化性較強(qiáng)，強(qiáng)酸性如上文所述，也將影響滴定結(jié)果，同時(shí)酸的加入量也需加以控制。過量的硫酸高鈰需亞鐵鹽做標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，而Fe2+在空氣中極不穩(wěn)定易被氧化，因此在滴定過程中，滴定溶液會(huì)在空氣中降落時(shí)被氧化，使其濃度不準(zhǔn)，從而造成誤差較大，同時(shí)常需對(duì)亞鐵鹽的滴定溶液進(jìn)行標(biāo)定。

1.3 熱重分析(TG)法

由于納米鋁粉氧化反應(yīng)的質(zhì)量增加量正好是納米鋁粉消耗環(huán)境中的氧氣量，被氧化的鋁正好是參加反應(yīng)的氧氣質(zhì)量的1.125倍。因此，只需測得樣品增重的質(zhì)量Δm，通過計(jì)算便可得到參加反應(yīng)的納米鋁粉的單質(zhì)鋁的質(zhì)量［22］。熱重分析技術(shù)是一種很好的記錄樣品質(zhì)量增加的方法。用TG記錄納米鋁粉氧化過程中試樣的增量，即可得到其單質(zhì)鋁的含量。

Baudry等［23］采用熱重分析法將微米鋁粉加熱到1 500℃以上，恒溫3 h直到熱重曲線不再發(fā)生變化，通過熱重曲線計(jì)算出了單質(zhì)鋁的含量。Risha等［24］通過對(duì)Alex的TG曲線分析，認(rèn)為試樣的質(zhì)量增加是由于鋁粉的氧化造成的，并通過研究Silberline公司制備的片狀納米鋁粉的DSC-TG曲線，根據(jù)試樣的增重量確定了此納米鋁粉中單質(zhì)鋁含量為86.6%。同時(shí)，Sun等［25］也基于納米鋁粉在TG試驗(yàn)中氧化時(shí)增加的質(zhì)量，計(jì)算了納米鋁粉中單質(zhì)鋁含量。

采用該方法的前提條件是試樣能完全被氧化，但現(xiàn)實(shí)樣品的反應(yīng)程度受測試環(huán)境、加熱速率和氧氣流量等試驗(yàn)條件的影響較大。如當(dāng)升溫速率較快時(shí)，納米鋁粉易在瞬間生成致密的氧化鋁殼層，致使內(nèi)層的單質(zhì)鋁不能參加反應(yīng)。而且文獻(xiàn)［10］報(bào)道，在溫度為1 400℃時(shí)，納米鋁粉還有增重現(xiàn)象。此外當(dāng)溫度高于720℃時(shí)，空氣中的氮?dú)鈺?huì)與鋁發(fā)生反應(yīng)生成氮化鋁［26－28］，這些都會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。盡管如此，熱分析技術(shù)仍是表征納米鋁粉中單質(zhì)鋁含量的一種較好方法，可通過降低加熱速率、提高最高加熱溫度來減小試驗(yàn)誤差。對(duì)于有機(jī)物包覆的納米鋁粉，由于有機(jī)物的分解溫度一般較低，分解產(chǎn)物以氣體形式放出，對(duì)納米鋁粉的氧化增重過程影響較小。因此，該方法可用于納米鋁粉、低溫下可分解的包覆物包覆的納米鋁粉，以及在測量溫度范圍內(nèi)對(duì)納米鋁粉氧化增重影響較小的材料所包覆的納米鋁粉中單質(zhì)鋁含量的測定。

1.4 透射電鏡分析法

透射電鏡分析法首先假設(shè)納米鋁粉結(jié)構(gòu)呈球形，然后利用高分辨率透射電鏡照片，通過比例測算，獲得納米鋁粉的平均粒徑和氧化層厚度，如圖1所示［29］。利用圖2的納米鋁粉的結(jié)構(gòu)示意圖，由式(3)即可計(jì)算出納米鋁粉中單質(zhì)鋁的含量［30－31］。

式中 D為含氧化層的納米鋁粉的平均粒徑;t為納米鋁粉的氧化層厚度;ρAl和ρAl2O3分別為Al和Al2O3的密度。

采用該方法計(jì)算的結(jié)果只是納米鋁粉中單質(zhì)鋁含量的理論值，由于納米鋁粉還存在粒徑及粒徑分布的問題，故此法只適用于單質(zhì)鋁含量的初步判斷，進(jìn)一步的精確分析還需通過其他方法測得。

圖1 納米鋁粉的高分辨率透射電鏡照片F(xiàn)ig.1 High-resolution TEM images of aluminum nanoparticles

圖2 單個(gè)納米鋁粒子的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 The structure diagram of an aluminum particle

2 基于熱分析參數(shù)的活性評(píng)判方法

傳統(tǒng)上認(rèn)為，鋁粉活性取決于單質(zhì)鋁含量，即活性鋁的含量，但這僅針對(duì)于普通鋁粉與微米鋁粉可行。單質(zhì)鋁含量越高，則氧化物組分及其他雜質(zhì)的含量越少，單位質(zhì)量鋁粉氧化燃燒時(shí)釋放的熱量就越多，在推進(jìn)劑中反應(yīng)熱焓越高，對(duì)推進(jìn)劑比沖貢獻(xiàn)越大，用于火炸藥時(shí)其做功能力越強(qiáng)。與微米鋁粉不同，納米鋁粉隨其粒徑的減小，其單質(zhì)鋁含量不斷減?。?2］，但由于納米鋁粉特殊的體積和表面效應(yīng)，使其反應(yīng)活性非常高。對(duì)于相同質(zhì)量的納米鋁粉和微米鋁粉，盡管納米鋁粉的單質(zhì)鋁含量低，但納米鋁粉卻具有較低的氧化起始溫度和更高的氧化反應(yīng)速率。研究發(fā)現(xiàn)［33］，即使是單質(zhì)鋁含量相同的納米鋁粉，在燃燒過程中隨形貌和粒徑分布不同，納米鋁粉的氧化速率和氧化轉(zhuǎn)化率也不同。因此，不能僅以單質(zhì)鋁含量的高低作為評(píng)價(jià)納米鋁粉活性高低的唯一判據(jù)，還需在其他方法中去尋找能用于評(píng)判納米鋁粉活性的特征參數(shù)。

一些研究者［34－37］通過對(duì)超細(xì)鋁粉的氧化行為研究，認(rèn)為可用氧化起始溫度Ton(℃)、最大氧化速率vox(mg/s)、一定溫度范圍內(nèi)的鋁粉的氧化程度α(%)和單位質(zhì)量鋁粉的熱效應(yīng)H/m這4個(gè)參數(shù)來表征納米鋁粉的活性。

(1)氧化起始溫度Ton

由于納米鋁粉的活性較高，一般在達(dá)到鋁粉熔點(diǎn)溫度前，其就會(huì)發(fā)生劇烈氧化。因此，可選擇氧化起始溫度Ton作為其活性的一個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)。納米鋁粉氧化起始反應(yīng)溫度Ton越低，則其會(huì)在越低的溫度下反應(yīng)，即表面納米鋁粉的反應(yīng)活性越大;納米鋁粉的氧化起始溫度Ton可通過TG-DTA曲線獲得。如圖3所示［8］，放熱峰AP邊引出的最大斜率的切線BD與外推基線AD相交的D點(diǎn)稱為外推起始溫度，即納米鋁粉在該體系中的氧化起始溫度Ton。

圖3 納米鋁粉的TG-DTA和DTG曲線［8］Fig.3 TG-DTA and DTG curves of aluminum nanoparticles

(2)最大氧化速率vox

最大氧化速率vox反映了納米鋁粉氧化的快慢，即間接反映了當(dāng)納米鋁粉燃燒時(shí)其燃燒速率的快慢，該速率越大，則活性越大。如圖3所示，將TG曲線對(duì)時(shí)間做一階微商處理，即得DTG曲線，它表示質(zhì)量隨時(shí)間的變化率。從圖3可看出，在583.5℃納米鋁粉的質(zhì)量變化最大，DTG 曲線達(dá)到極大值 116 μg/min［8］，此值即為納米鋁粉的最大氧化速率vox。

(3)一定溫度范圍內(nèi)鋁粉的氧化程度α

納米鋁粉的氧化程度越高，表明其被氧化得越徹底，反應(yīng)活性越高，而當(dāng)徹底氧化的情況下，α即為用熱分析法計(jì)算的納米鋁粉中活性鋁含量。但對(duì)于納米鋁粉，由于其在低加熱速率下一般會(huì)出現(xiàn)2個(gè)氧化放熱過程，因此選取一定溫度范圍內(nèi)鋁粉的氧化程度α也可作為納米鋁粉活性的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。如圖3所示，Δm1和Δm即分別為480～660℃和整個(gè)溫度區(qū)間范圍內(nèi)的質(zhì)量增加量，由Δm1和Δm即可求出這2個(gè)溫度范圍內(nèi)鋁粉的氧化轉(zhuǎn)化率α。

(4)單位質(zhì)量鋁粉的熱效應(yīng)H/m

單位質(zhì)量鋁粉的熱效應(yīng)H/m，即單位質(zhì)量納米鋁粉可釋放的熱量，反映了納米鋁粉的做功能力，其值越高，表明質(zhì)量相同的鋁粉所放熱量越高，即鋁粉的活性越高。由DTA曲線中由放熱峰面積所計(jì)算的熱量除以初始加入納米鋁粉的質(zhì)量，即為單位質(zhì)量鋁粉的熱效應(yīng)H/m。

I1yin等［35］基于這4個(gè)參數(shù)分別對(duì)7種不同鋁粉的熱性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明，在鋁含量相同的條件下，粒徑最小的電爆炸UFAP-4型鋁粉由于氧化起始溫度Ton低、最大氧化速率vox快、氧化程度α高、單位質(zhì)量鋁粉的熱效應(yīng)H/m大，所以活性最高。同時(shí)，他們還認(rèn)為采用這4個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)也可評(píng)價(jià)在其他氧化劑氧化條件下納米鋁粉的活性評(píng)判。

Kwon等［36］通過綜合分析不同尺寸范圍和形狀的鋁粉的這4個(gè)參數(shù)，代號(hào)為Al-4的鋁粉因其氧化起始溫度最低為540℃左右，在不同溫度范圍內(nèi)其氧化程度最高，單位質(zhì)量增加所釋放的熱量也最大。因此，認(rèn)為該納米鋁粉的活性最高。Kwon等［38］還對(duì)氧化層鈍化和AlB2包覆的超細(xì)鋁粉進(jìn)行研究。在試樣質(zhì)量為0.05 g，升溫速率為10℃/min的條件下，采用這幾個(gè)參數(shù)對(duì)鋁粉的活性進(jìn)行表征。結(jié)果表明，采用AlB2包覆的鋁粉，其熱穩(wěn)定性增加，比氧化層鈍化的鋁粉的初始氧化溫度高30～40℃;在660℃和1 000℃時(shí)的氧化轉(zhuǎn)化率基本相同，但AlB2包覆的鋁粉最大氧化速率卻最大，且由計(jì)算得到AlB2包覆的鋁粉的燃燒熱比其他鋁粉的燃燒熱高2.2～4.1×103kJ/kg。綜合分析認(rèn)為，采用AlB2包覆的鋁粉的活性最高。

Gromov等［37］采用TG-DTA綜合熱分析儀對(duì)經(jīng)氧化層鈍化、非惰性組分包覆的電爆炸納米鋁粉在氮?dú)鈿夥蘸涂諝鈿夥罩械臒嵝袨檫M(jìn)行研究，并利用熱分析參數(shù)對(duì)這幾類納米鋁粉的活性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

陳亮等［8］研究了幾類納米鋁粉在氧氣環(huán)境下不同升溫速率下的TG-DTA曲線，并對(duì)這4個(gè)參數(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行比較。結(jié)果表明，不同升溫速率下，不同納米鋁粉呈現(xiàn)的結(jié)果有較大不同。在加熱速率為10℃/min的相同條件下，氧化起始溫度隨鋁粉尺寸減小而變化，平均粒徑和尺寸分布大致相同的納米鋁粉的Ton變化較小，它不適合作為同尺寸納米鋁粉活性的評(píng)判指標(biāo)。通過綜合對(duì)比同一粒徑下幾種不同納米鋁粉的其他3個(gè)參數(shù)值，最后認(rèn)為激光法納米鋁粉活性最高、電爆法納米鋁粉次之、等離子法納米鋁粉第三、感應(yīng)法納米鋁粉的活性最低。

TG-DTA作為同步記錄氧化質(zhì)量增減和熱量釋放的綜合熱分析儀，是研究納米鋁粉氧化行為的重要工具。由TG-DTA綜合熱分析儀獲得的納米鋁粉的4個(gè)參數(shù)來評(píng)價(jià)納米鋁粉的活性效果更好、能準(zhǔn)確地表征納米鋁粉的氧化特性。因此，可采用這4個(gè)熱分析參數(shù)對(duì)不同納米鋁粉的活性進(jìn)行表征，而對(duì)于粒徑相同的納米鋁粉，由于其氧化初始溫度基本相同，故可綜合其他3個(gè)參數(shù)對(duì)其活性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 結(jié)束語

從目前研究來看，盡管單質(zhì)鋁含量并不能很好地表征納米鋁粉的活性，但由于活性鋁含量的高低會(huì)直接影響鋁粉燃燒的熱效應(yīng)和放熱能力，因此其仍可作為一種輔助的評(píng)價(jià)方式來表征納米鋁粉的活性。采用熱分析的4個(gè)參數(shù)表征納米鋁粉的活性，一個(gè)重要特點(diǎn)就是這些參數(shù)較易獲得，可從納米鋁粉熱分析的非等溫氧化過程中直接提取，而且還可從不同方面綜合評(píng)價(jià)納米鋁粉的活性。綜上所述，對(duì)于不同制備方法、不同粒徑、不同粒徑分布及不同的活性保護(hù)方式制備的納米鋁粉，可采用如下方法評(píng)價(jià)其活性:

(1)采用同種方法制備不同粒徑的納米鋁粉，由于其活性都很高，很容易氧化，所以不能用單質(zhì)鋁含量來表征納米鋁粉的活性，需采用熱分析的4個(gè)參數(shù)對(duì)其活性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

(2)不同方法制備相同粒徑的納米鋁粉，由于其單質(zhì)鋁含量和氧化起始溫度大致相同，故可采用其他3個(gè)參數(shù)進(jìn)行表征。

(3)同一方法制備的粒徑相同，但采用有機(jī)物或低溫下易分解材料包覆的納米鋁粉，可利用熱分析TG技術(shù)直接測定其單質(zhì)鋁含量，并用其表征納米鋁粉的活性，單質(zhì)鋁含量越高，則納米鋁粉的反應(yīng)活性越高。

(4)其他惰性物質(zhì)包覆的納米鋁粉，可采用熱分析的4個(gè)參數(shù)來表征其活性，氧化起始溫度越低、最大氧化速率越大、一定溫度范圍內(nèi)鋁粉的氧化程度越高、單位質(zhì)量鋁粉的熱效應(yīng)越大，則表明其活性越高。

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