納米復(fù)合含能材料的研究進(jìn)展

董璐陽(yáng) 王通

摘要：納米復(fù)合含能材料的研發(fā)促進(jìn)軍事以及航空工業(yè)的發(fā)展，為國(guó)防以及航空事業(yè)的發(fā)展都帶來更大的空間。那么納米復(fù)合含能材料的研究情況如何，具體的研究方法有哪些？接下來本文將對(duì)納米復(fù)合含能材料的具體研究進(jìn)展進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：納米復(fù)合含能材料;研究進(jìn)展;研究方法

隨著納米材料研發(fā)的完善，應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣泛，并使工業(yè)發(fā)展獲得多個(gè)突破。納米復(fù)合含能材料由于其自身的特殊性能而受到各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。特別是國(guó)防科技以及航天火箭推進(jìn)劑等方面的研發(fā)具有突破性的進(jìn)展。納米含能材料本身具有普通含能材料的性能，同時(shí)具有更多的優(yōu)越性，比如能夠改善晶體的外形，提升能量的釋放速率、具有良好的包裹效果，有利于爆炸能量的完全釋放，轟炸效應(yīng)理想等。因此當(dāng)前大部分國(guó)家都將納米含能材料納入到國(guó)防以及能源等方面的發(fā)展規(guī)劃中。

一、納米含能復(fù)合材料研究的現(xiàn)狀

納米復(fù)合材料指的是由2種或者以上材料復(fù)合形成的一種新型材料，在這種材料中至少有一種材料為納米量級(jí)，納米是在上世紀(jì)80年代提出來的概念。納米含能復(fù)合材料指的是燃料或者氧化劑等含能的材料可以分散到納米的尺度上，并通過相應(yīng)的技術(shù)手段，對(duì)個(gè)不同組分的物質(zhì)在納米的量級(jí)上進(jìn)行復(fù)合，并根據(jù)材料組分的性能對(duì)具體的分散情況和復(fù)合尺度進(jìn)行調(diào)整，這也是含能領(lǐng)域中提出的一種新的概念，當(dāng)前尚處于認(rèn)識(shí)、初步研究和轉(zhuǎn)化的階段[1]。

當(dāng)前美國(guó)、俄羅斯以及歐洲國(guó)家都開始將納米含能復(fù)合材料的制備和研發(fā)納入到材料研究的重點(diǎn)工程中，國(guó)內(nèi)的材料研究人員也開始對(duì)納米含能復(fù)合材料進(jìn)行初步的研究和探索，但是由于研究的時(shí)間短，大部分的研究還處于理論研究以及實(shí)驗(yàn)室的初步研究期，通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的分析，可以將納米含能復(fù)合材料的進(jìn)展概括如下：

1.將火箭推進(jìn)劑中的一些常規(guī)的材料與納米級(jí)的AI粉進(jìn)行復(fù)合形成納米含能復(fù)合材料，進(jìn)而提升推進(jìn)劑的性能和作用。

2.用納米量級(jí)級(jí)別的金屬粉末進(jìn)行包裹，防止表層氧化，提升使用壽命，降低存儲(chǔ)要求。

3.通過三維結(jié)構(gòu)納米含能材料的研究，對(duì)具體的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行嚴(yán)格的控制，有利于對(duì)物質(zhì)的反應(yīng)活性進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)工藝性和力學(xué)性能的改善。

4.結(jié)合當(dāng)前新材料的發(fā)展形式，利用納米多孔材料以及碳納米管等作為反應(yīng)氣體以及含能材料等的支撐，并以此為骨架制備新型納米復(fù)合材料。

二、納米含能材料在我國(guó)的研究領(lǐng)域

我國(guó)在納米含能材料的研究中，通過相轉(zhuǎn)移法利用CAB、PVAM等包裹RDX，有效解決火炸藥中推進(jìn)劑脫濕方面的問題，提升材料的力學(xué)性質(zhì)。同時(shí)還有部分研究人員通過硬脂酸鉛對(duì)RDX材料進(jìn)行表面包裹，并通過化學(xué)沉淀法對(duì)RDX硬脂酸鉛的復(fù)合粒子進(jìn)行制備，使RDX的摩擦度和撞擊度都有效降低。此外，周彩元等研究人員利用DMPA、甲苯二異氰酸酯以及聚四氫呋喃二醇，硅烷偶聯(lián)劑等制作成為改性水性聚氨酯乳液包裹RDX[2]。而且通過最終的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，包裹后的TDX在流散性、成型性等方面都具有非常好的效果，而且摩擦產(chǎn)生的熱度以及撞擊性等都大大降低。李江存等研究人員，通過水溶液懸浮法，利用三嗪類復(fù)合鍵以及海因合計(jì)對(duì)RDX進(jìn)行包裹實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明RDX的表面性得到有效的改善，機(jī)械感明顯鈍化。此外，陸銘等研究人員在聚氨酯的研制中加入了親水基，并將其在水中進(jìn)行分散，同時(shí)在其中加入丙烯酸酯制作成為聚氨酯丙烯酸酯乳液，用來對(duì)RDX進(jìn)行包裹，使RDX的顆粒間粘連性更好。

三、納米含能材料的研制方式

（一）溶膠-凝膠法制備方式

溶膠-凝膠法指的是一種液相合成的化學(xué)方式，主要應(yīng)用到物理、化學(xué)以及材料等研究領(lǐng)域中，當(dāng)前已經(jīng)有150年的發(fā)展歷史。通過溶膠-凝膠方法的應(yīng)用提升有機(jī)和無機(jī)材料的純度，而且這些材料的孔徑、粒徑以及密度等方面的分布更均勻。這種制作方式主要應(yīng)用于金屬氧化物材料的制取，同時(shí)通過相關(guān)文獻(xiàn)的記載，這種方法也被用來制造燃料以及氧化劑等復(fù)合含能材料，而且操作工藝簡(jiǎn)單、方法便捷，成本低，具有環(huán)保性。

（二）高能研磨法制備方式

通過對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究情況來看，高能研磨法對(duì)納米材料的制作效果非常好，不僅可以用于單一納米材料的應(yīng)用，同時(shí)還可以應(yīng)用于不同材料顆粒的固相作用，促進(jìn)納米尺度含能材料的復(fù)合。我國(guó)相關(guān)的研究人員將水、乙醇等作為介質(zhì)，通過研磨機(jī)對(duì)RDX以及鋁粉等混合物進(jìn)行研磨，制造RDX包裹鋁粉超細(xì)復(fù)合粒子。同時(shí)張汝冰等研究人員通過高能球磨法通過在高氯酸銨的表面研磨形成納米復(fù)合顆粒，提升高氯酸銨的催化能力。高能機(jī)械球研磨法本身具有操作簡(jiǎn)單，連續(xù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，但是同時(shí)也容易使無機(jī)粒子的結(jié)構(gòu)被破壞。

（三）超臨界流體法制備方式

超臨界流體技術(shù)是一種新型的技術(shù)形式，通過在納米含能復(fù)合材料中的引入，有利于對(duì)研制方式的突破。超臨界流體法中包括超臨界氣體反溶劑結(jié)晶法、流體快速膨脹法等。同時(shí)通過相關(guān)研究表明必須要在超臨界流體中才能夠使物質(zhì)溶解進(jìn)行造粒。納米含能復(fù)合材料研究中，超臨界流體技術(shù)具有非常多的優(yōu)勢(shì)作用，制造工藝無污染、技術(shù)安全，制得的材料顆粒均勻，而且可以進(jìn)行批量生產(chǎn)。但是超臨界流體技術(shù)的發(fā)展時(shí)間比較短，特別是含能材料領(lǐng)域發(fā)展時(shí)間更晚，因此還需要加強(qiáng)對(duì)含能材料的完善，并加強(qiáng)對(duì)設(shè)備和技術(shù)的改進(jìn)。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，當(dāng)前國(guó)際導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的發(fā)展使得武器逐漸向高能和鈍感的方向發(fā)展，但是從當(dāng)前的傳統(tǒng)單質(zhì)含能材料來看，其中還存在一定的限制，因此必須要對(duì)含能材料進(jìn)行完善，納米含能復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生，而且作用越來越明顯。但是當(dāng)前仍然處于起步階段，還需要加大研究力度。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅運(yùn)軍，張?zhí)旄?Al基納米復(fù)合含能材料的自組裝[J].火炸藥學(xué)報(bào)，2017，40（2）：1-9.

[2]張咪，王毅，宋小蘭， 等.NC/PETN納米復(fù)合含能材料的制備與表征[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2018，39（12）：182-186.

作者簡(jiǎn)介：

董璐陽(yáng)（1991），性別：男，民族：漢，籍貫：河南漯河，職務(wù)/職稱：助理工程師，學(xué)歷：碩士，單位：陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，研究方向：新型火工藥劑技術(shù)

王通（1989），性別：男，民族：漢，籍貫：陜西西安，職務(wù)/職稱：工程師，學(xué)歷：碩士，單位：陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，研究方向：火工品研制方向