纳米Ni、Ni—P粒子制备及其催化AP热分解的研究

采用改进的化学镀镍方法制备了纯度较高的纳米Ni、Ni-P粉末.运用透射电子显微镜(TEM)和X-ray射线衍射(XRD)方法对纳米粒子的物相、组织形貌和粒度进行表征,并通过TG-DTA热分析实验研究制备的纳米Ni、Ni-P粒子对高氯酸铵(AP)热分解过程的催化影响.TG-DTA结果说明:对于AP的低温热分解,纳米Ni粒子对其峰温和终止温度几乎没影响,但将此阶段质量损失增加了15%左右;纳米Ni-P粒子对质量损失改变不大,但将终止温度提前了26℃左右.对于AP的高温热分解,纳米Ni粒子将其峰温和终止温度分别提前了53℃和72℃左右,而纳米Ni-P粒子将其峰温和终止温度分别提前了80℃和67℃左右.     

纳米NiB/Al复合粒子的制备及催化AP热分解研究

采用沉淀法分别制备了纳米NiB非晶合金及纳米NiB/Al复合粒子.利用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及扫描电子显微镜(SEM)进行表征,发现纳米NiB/Al复合粒子中纳米NiB为40～60 nm的非晶态合金,并在Al颗粒表面呈均匀、连续的复合结构.通过TG、DTA热分析,发现纳米NiB及其复合粒子的含量对高氯酸铵(AP)热分解有显著影响.对实验数据拟合计算发现该体系中复合前后的纳米NiB合金对AP的高温热分解理论最佳含量分别为8.91%和7.93%,两者可分别使AP的高温热分解温度降低至407.34 ℃和389.98 ℃.以1.5%比例添加到AP/HTPB(端羟基聚丁二烯)推进剂体系中,发现复合后的催化剂使其高温分解温度多降低了12.2 ℃,热分解峰合并的趋势更明显.     

多孔核壳结构Ni@C纳米棒的制备及其对高氯酸铵热分解催化性能的影响

为了提高纳米金属对高氯酸铵(AP)热分解的催化作用,采用溶剂热法与高温煅烧法,以镍基有机金属骨架(Ni-MOF)为前驱体制备了Ni@C纳米棒。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、高倍透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、拉曼光谱仪、全自动物理吸附分析仪等表征了Ni@C纳米棒的形貌、结构及组成,并通过差示扫描量热仪研究了不同煅烧温度下Ni@C纳米棒对AP热分解的催化效果。结果表明,Ni@C纳米棒为以金属Ni为核、C层为壳的多孔核壳结构,且高度石墨化的C层有效防止了纳米Ni颗粒的氧化。Ni@C纳米棒对AP热分解的催化性能优于单独镍纳米颗粒和碳纳米棒。尤其是1000℃煅烧后的Ni@C纳米棒使AP的高温分解峰峰温从423.4℃降低至323.8℃,表观分解热从825.4 J·g~(-1)提高到1423.8 J·g~(-1),反应活化能从172.50 kJ·mol~(-1)降低至130.04 kJ·mol~(-1)。     

多孔聚丙烯酸盐制备及对高氯酸铵热分解的催化

基于溶胶-凝胶法将金属粒子引入高分子链中,冷冻干燥后得到的多孔含金属高分子材料兼具流散性好、比表面积大以及孔隙结构丰富等特点,既可以解决纳米金属催化剂的团聚问题,又能够提供充足的催化活性位点.制备两种纳米级别聚丙烯酸铜(PAA-Cu)和聚丙烯酸铅(PAA-Pb)多孔含金属高分子材料,采用扫描电镜、透射电镜、红外光谱法、...     

硝化石墨烯制备及对高氯酸铵热分解的催化作用

为提高石墨烯在含能材料中的释能和催化效果,采用Hummers法制备氧化石墨,进一步硝化生成硝化石墨烯（NGO）。使用扫描电镜、X射线光电子能谱、有机元素分析仪、傅里叶变换红外光谱分析和热重-非等温量热分析对制备样品进行结构和性能分析,并通过定容燃烧实验测试NGO在含能体系中的燃烧情况。实验结果表明：作为一种新型含能催化剂,所制备的NGO为片层堆叠状,表面有褶皱;在氧化石墨烯部分含氧官能团位点处悬挂硝酸酯基和硝基,氮含量为8%;NGO分解焓约为659 J/g,热分解总失重为47%;在高氯酸铵（AP）中加入5% NGO,AP各分解步骤峰温均提前,且低温分解活化能由112.6 kJ/mol降至99.4 kJ/mol,临界热爆炸温度由431 ℃降至366 ℃;NGO的加入使AP包覆铝体系的反应热值提高约13%,峰压提高约56%.     

纳米α-Fe2O3的制备及其催化高氯酸铵热分解

采用高温水解相转化法制备了纳米级的α-Fe2O3催化剂, 比较了NaOH、(NH4)2CO3以及尿素三种沉淀剂的作用效果. 对制得样品的尺寸、形貌和晶型等使用纳米粒度仪、透射电镜(TEM)以及X射线衍射仪(XRD)进行分析测试, 结果表明各个样品均为粒度分布均匀、分散性很好的α-Fe2O3纳米粒子. 将纳米催化剂按1.0wt%加入高氯酸铵(AP)中, 对混合物进行差热分析仪(DTA)分析, 发现添加有纳米α-Fe2O3催化剂样品的AP的分解峰有明显的提前. 其中, 以添加用尿素为沉淀剂的样品(粒度最小)的AP分解峰提前最多, 高、低温分解峰提前分别达到了78℃和9.66℃. 对以尿素为沉淀剂时催化剂粒径较小的情况进行了分析, 并解释了该纳米粒子对AP的热分解催化作用较大的原因.     

卡托辛对高氯酸铵热分解动力学的影响

采用DSC、TG法研究了高氯酸铵(AP)和高氯酸铵/卡托辛(Catocene)两个体系的热分解行为,分别采用Ozawa和Kissinger方法计算了热分解反应的活化能E_a1、E_a2、E_a3和指前因子lnA₁、lnA₂、lnA₃等动力学参数。结果表明,加入卡托辛后,DSC曲线在180 ℃附近多出一个放热峰,归属于卡托辛的氧化放热,AP低、高温分解表观活化能分别降低了13.2, 7.1 kJ·mo^l-1。利用Satava-Sestak方法确定了两体系热分解的机理函数,同时探讨了卡托辛对高氯酸铵分解促进作用的机理。     

纳米碳酸锶/高氯酸铵复合粒子的制备及其撞击感度和热分解性能研究

利用超声辅助共沉淀法制备纳米碳酸锶（SrCO₃）,通过溶剂-非溶剂法制备纳米碳酸锶/高氯酸铵（SrCO₃/AP）复合粒子。采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪(XRD)分别对纳米SrCO₃的形貌、粒径、晶型和纳米SrCO₃/AP复合粒子的复合效果进行表征。对纯AP和纳米SrCO₃含量分别为2%、4%、6%的SrCO₃/AP复合粒子进行撞击感度测试;采用差示扫描量热仪分别对纯AP、纳米SrCO₃/AP复合粒子和相同比例的纳米SrCO₃与AP的简单混合物进行热分析。通过马弗炉将纳米SrCO₃/AP复合粒子分别在350 ℃和500 ℃下煅烧1 h,对煅烧后的产物作XRD表征,研究纳米SrCO₃的作用机理。结果表明：采用超声辅助共沉淀法制备出的纳米SrCO₃为类球形,粒径在60 nm左右,晶型为斜方晶系;制备出的纳米SrCO₃/AP复合粒子中,微米级的AP表面均匀分布着纳米SrCO₃,纳米SrCO₃的加入会使AP的撞击感度增加;通过两种不同方式添加的纳米SrCO₃均能升高AP的高温分解峰温度,对AP的低温分解没有影响;与纳米SrCO₃和AP的简单混合物相比,纳米SrCO₃/AP复合粒子中AP的高温分解峰值温度升高6.02 ℃,将纳米SrCO₃与AP进行复合后可以提高纳米SrCO₃对AP高温分解的负催化作用。     

机械粉碎法制备纳米CuCr2O4及其对高氯酸铵热分解性能的影响

采用HLG-5型纳米化粉碎机批量制备了粒径约为60 nm的纳米CuCr₂O₄. 通过X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）对样品的结构及形貌进行表征,并采用差示扫描量热仪（DSC）分别研究工业CuCr₂O₄、共沉淀法制备的纳米CuCr₂O₄及机械粉碎法制备的纳米CuCr₂O₄对高氯酸铵（AP）热分解性能的影响。结果表明,与前二者相比,机械粉碎法制备的纳米CuCr₂O₄对AP具有更好的催化性能,能够使其速率常数提高,高温分解活化能减小。这将促进纳米CuCr₂O₄作为燃速催化剂在AP基复合推进剂中的应用。     

纳米Mn3O4复合催化剂的制备及其对AP热分解性能的影响

为了提升高氯酸铵(AP)基固体推进剂的燃烧及点火等性能,采用离子交换法制备了海藻酸锰薄膜,煅烧后得到了纳米Mn_3O_4复合催化剂,研究了其对AP热分解性能的影响。采用扫描电镜、傅里叶红外、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪等对制备的纳米Mn_3O_4复合催化剂形貌和结构进行了表征。结果表明,通过锰离子交换后,海藻酸钠变为海藻酸锰,所形成的薄膜表面光滑致密;400℃煅烧后原位生成的纳米Mn_3O_4颗粒负载在碳化后的海藻酸骨架上,其对AP的催化效果随着纳米Mn_3O_4复合催化剂含量的增加而增强,并且放热速率明显增加;当纳米Mn_3_O4复合催化剂含量为3%时,与纯AP相比,AP的分解温度降低了89.1℃。