硝化石墨烯诱导CL-20自组装堆垛结构的制备及性能

为改善六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）的安全性能,用硝化石墨烯（NG）作为结晶诱导剂,通过溶剂-非溶剂法制备了具有自组装堆垛结构的CL-20。采用场发射扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、同步热分析仪（DSC-TG）对所制备CL-20的形貌、结构、热性能进行了表征,并对其机械感度进行了测试分析。结果表明,在不同含量NG的诱导下,CL-20重结晶成方形片状晶体,并自组装堆垛成花瓣型、螺型、塔型等结构。在CL-20自组装堆垛结构的形成过程中,NG的诱导作用体现在其片层对CL-20的吸附作用以及其活性基团与CL-20的基团之间形成氢键上。与原料CL-20相比,自组装堆垛结构CL-20热分解温度降低约5 ℃,热分解焓最大提高约33%,质量损失从81%提高到99%,机械感度大幅降低。当NG含量为0.5%时,诱导结晶形成的自组装花瓣结构CL-20的撞击感度最低,为6 J。     

高氯酸铵疏水表面的制备及表征

为降低高氯酸铵(AP)的吸湿性,采用聚苯乙烯(PS)和十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷(氟硅烷,FAS:C14F12H20SiO3)对其表面包覆。将高氯酸铵(AP)和聚苯乙烯(PS)复合,再用FAS处理得到AP/PS/FAS粒子和复合薄膜。通过吸湿率和接触角测试研究了其吸湿性。用扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析研究其微观形貌结构。结果表明,AP/PS/FAS复合薄膜的吸湿率最小,且基本不吸水。未处理AP的接触角为0°,AP/PS/FAS复合薄膜与水的接触角为(113±2)°。AP/PS/FAS复合薄膜表面具有类似荷叶表面的微观形貌结构,其表面含有氟硅烷分子,有利于AP疏水表面的形成。     

三维纳米结构FOX-7的构筑与热分解性能

以具有三维纳米网格结构且可降解的聚缩醛胺气凝胶(PHA)作模板,采用蒸发结晶法,原位诱导1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)结晶析出,得到FOX-7/PHA复合物,然后利用硫酸的稀溶液(10%)降解去掉模板,即可得到具有三维纳米结构的FOX-7(nano-FOX-7)。高效液相色谱(HPLC)测定nano-FOX-7的纯度为99%,说明模板基本去除完全。对样品的形貌、物相、结构和热分解性能进行了表征测试。结果表明,去模板后的nano-FOX-7较为完整地保留了模板PHA的三维纳米网络结构,其中FOX-7的平均晶粒尺寸为83.68 nm。与raw-FOX-7相比,特殊的纳米多孔结构使FOX-7的转晶峰和低温分解峰分别延后11.3℃和21.3℃,放热几乎集中在高温分解峰291.0℃处,分解焓从原料的1309 J·g-1增加到1421 J·g-1,表观活化能提高了128.62 kJ·mol^-1,增幅达31.46%,能量释放效率和热稳定性大幅提高。     

NBC与NC纳米纤维的性能对比

为比较硝化纤维素(NC)纤维和硝化细菌纤维素(NBC)纤维的性能差异，选用含氮量在11.90%、12.40%、12.95%的NBC和NC,采用静电纺丝法制备了平均直径为500nm的两类不同纤维，研究了电纺溶液质量分数和黏度对纤维直径的影响，通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、差示扫描量热仪(DTA)、原子力显微镜(AFM)、万能拉伸测试仪、旋转黏度计对其形貌、力学性能以及热分解性能进行表征。结果表明，随着含氮量的增加，NBC和NC的可纺质量分数逐渐降低；同等含氮量下，NBC纤维的抗拉强度比NC纤维的抗拉强度高，且纤维的抗拉强度随含氮量的增大而减小；利用应变片并辅助数字图像相关法(DIC)测出含氮量为11.90%的NBC、NC的泊松比分别为0.35、0.36,并发现单根的NBC纤维杨氏模量达到2.04GPa,较NC纤维高22%。与原料相比，两类纤维的最高分解放热峰均有所前移，且前移温度随含氮量的增加而减小，含氮量为12.95%的NBC纤维表观活化能较原料降低了48.2%,说明纤维样品的分解速率得到显著的改善。     

AP的结构纳米化及其疏水性能改性

以高氯酸铵(AP)和碳化细菌纤维素(CBC)为原料,并以聚甲基氢基硅氧烷(PMHS)、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷(FAS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为表面改性剂,采用溶液分散-冷冻干燥法制备疏水AP/CBC纳米结构材料。通过场发射扫描电子显微镜、红外光谱仪、X射线衍射仪、恒温恒湿箱、激光粒度分析仪、接触角测试仪等分别表征了AP/CBC纳米结构材料的微观形貌、分子结构、吸湿性能。结果表明,与纯AP相比,AP/CBC纳米结构材料的形貌变化较大,AP均匀分布在三维网络孔洞中,并且改性后的AP/CBC纳米结构材料表面被改性剂均匀包覆,这有助于疏水表面的形成。经过PMHS、FAS、MTES改性后的AP/CBC纳米结构材料的接触角分别为(109±2)°、(56±2)°、(55±2)°,与纯AP相比有很大的提高。经过改性处理的AP/CBC纳米结构材料吸湿性均小于纯AP,且经过PMHS改性的AP/CBC纳米结构材料的吸湿性最低,仅为0.31%。     

新型两步水溶液聚合法制备PAA/PAMPS复合材料及其吸液性能研究

以N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂、过硫酸铵-焦亚硫酸钠氧化-还原体系为引发剂,采用新型水溶液聚合法制备了PAA/PAMPS水凝胶.考察了单体浓度、丙烯酸中和度时凝胶吸液性能的影响,并与传统共混水溶液聚合法制备的凝胶的吸液性能进行了对比.实验结果表明,AMPS用量为40%、中和度为75%的水凝胶的吸液性能较好,吸水倍率达976g/g,吸盐水倍率为75g/g,而采用传统方法制备的凝胶的吸水倍率为380g/g,吸盐水倍率为52g/g.采用FTIR及SEM对样品的结构及形貌进行了表征.     

四氧化三钴@碳化蝶翅的制备及催化高氯酸铵分解的性能

采用水热法制备了四氧化三钴@碳化蝶翅(Co_3O_4@CW)纳米复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面及孔径分析仪表征了其结构和成分。采用同步热分析仪(DSC-TG)研究了该复合材料对高氯酸铵(AP)热分解的催化性能。结果表明,Co_3O_4@CW具有微孔-介孔-大孔的多级孔结构,Co_3O_4纳米粒子均匀紧密地负载于碳化蝶翅的骨架上,其中Co_3O_4的负载量约为72.0%。Co_3O_4@CW可显著降低AP的高温分解峰温度,当Co_3O_4@CW的添加量为3%时,AP的高温分解峰提前147℃,AP的热分解放热量从173.4 k J·mol~(-1)增加到369.3 k J·mol~(-1),表现出了良好的催化性能。     

含能聚合物/硝基胍复合含能材料的制备及表征

以含能聚合物(EP)和硝基胍(NQ)为原料,采用溶剂/非溶剂法制备了EP/NQ复合含能材料,采用扫描电镜(SEM)、比表面积测试法(BET)和X射线衍射(XRD)对其形貌和结构进行了表征,用热重-差示扫描量热法(TGDSC)对比分析了EP/NQ复合含能材料及其物理共混物的热性能。结果表明,EP/NQ复合含能材料具有三维纳米网络结构,NQ沉积在EP上面,其平均粒径为49~62nm,NQ的长针状结晶消除;与EP相比,EP/NQ复合含能材料的比表面积降低,且随着NQ质量分数由40%增至60%,EP/NQ复合含能材料的比表面积由54.599m2/g降至25.02m2/g;EP/NQ复合含能材料具有单一的热分解峰特性,热分解峰温比NQ提前55~59℃,且随着NQ质量分数由40%增至60%,EP/NQ复合含能材料的热分解峰温由200.1℃升至203.7℃;EP/NQ复合含能材料的分解热显著高于EP/NQ物理共混物。     

超低温重结晶法制备纳米FOX-7及性能研究

为了制备出粒径均匀且分散性较好的纳米FOX-7,采用液氮超低温重结晶法在不同溶剂条件下制备了纳米FOX-7;采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TG)对所制备的纳米FOX-7的性能进行了表征,并测试了其撞击感度和摩擦感度。结果表明,所制备的纳米FOX-7的平均晶粒度为30nm左右,颗粒平均粒径均在100~200nm之间;与原料FOX-7相比,其高低温分解放热峰之间的温度范围变窄,能量释放效率及分解放热焓有较大提高,撞击感度和摩擦感度明显降低。不同溶剂由于其溶解度和极性的不同,所制备样品的颗粒粒径有所不同,溶解度与极性越大,所制备的颗粒粒径越小、热性能越好、感度更低。当溶剂为N-甲基吡咯烷酮时,所制备的纳米FOX-7的颗粒粒径在100nm以下占比为18%,初始分解峰温提高了11.8℃,分解放热焓提高了19%,特性落高从87.2cm提高至138.2cm,摩擦感度从216N提高至360N。     

溶剂-非溶剂法制备纳米FOX-7及其性能

以N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)及两者的混合物为溶剂,通过溶剂-非溶剂法制备了纳米1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)。通过场发射电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热法(DSC)和热重分析法(TG)对所制备的纳米FOX-7的形貌、物相、结构和热性能进行了表征,并对样品的感度进行了测试;在此基础上,研究了溶剂、表面活性剂对纳米FOX-7性能的影响。结果表明:所制备的纳米FOX-7平均晶粒尺寸小于30 nm。添加表面活性剂有助于降低纳米FOX-7的晶粒尺寸及颗粒尺寸,提高其粒度分布均匀性,改善其分散性。与原料相比,所制备的纳米FOX-7的初始分解温度提高,两个分解放热峰之间温度范围变窄,能量释放效率及分解焓有较大的提高,撞击感度与摩擦感度明显降低。当采用混合溶剂并添加表面活性剂OP-10和Tween 20时,所制备的纳米FOX-7的初始分解温度都提高近15℃,分解焓分别提高了4.97%,4.65%,摩擦感度降低了66.7%,50.0%。