纳米多孔硅含能材料性能研究

结合微机电系统(micro-electromechanical systems)加工技术采用电化学腐蚀法制备多孔硅,通过扫描电镜、比表面积测试仪、差热和红外对多孔硅结构参数以及多孔硅含能材料性能进行了分析,同时对其发火性能进行了测试,结果显示多孔硅具有均匀的纳米尺度孔径,孔径为20 nm左右,较大的比表面积以及良好的海绵体结构特性;纳米多孔硅含能材料在热能刺激下515℃时可发生热分解反应;在热烘烤2 min或者1.6 A直流条件下多孔硅含能材料可靠发火。表明了纳米多孔硅含能材料在没有金属壳体条件限制时,可以在热能和电能刺激下发生点火作用。     

基于自组装方法制备纳米含能材料的研究进展

纳米含能材料具有优异的性能,近年来已成为纳米材料和含能材料两个研究领域的热点之一。简要介绍了纳米含能材料常用的制备方法,分析了已有的纳米含能材料自组装制备方法,提出了大分子自组装制备纳米含能材料的新思路。综述了大分子自组装及其与纳米粒子协同自组装用于纳米材料制备方面的研究进展。分析表明,基于大分子自组装制备纳米含能材料具有良好的应用前景,但是目前仍处于探索阶段,今后还需要从理论和实验两个方面进行更加深入的研究。     

宽温度范围纳米多孔硅/高氯酸钠热分解特性

以纳米多孔硅粉(nPS)为燃烧剂,高氯酸钠(NaClO_4)为氧化剂制备nPS/NaClO_4复合含能材料,利用差示扫描量热-热重(DSC-TG)法研究其在宽温度范围(25~1200℃)的热分解特性。为了更全面地了解该复合含能材料的热分解特性,同时研究了nPS、NaClO_4、Si/NaClO_4、nPS/NaCl复合材料热分解特性。结果显示,氧气气氛下硅氢键在400.0℃发生断裂,而其在氩气氛围下的断裂温度为820.0℃。NaClO_4在581.0℃分解放热,总失重量为68.31%。nPS/NaCl复合材料在883.3℃出现最强放热峰,放热量为567.0 J·g~(-1)。硅氢键的存在使nPS/NaClO_4放热量达到359.5 J·g~(-1),与Si/NaClO_4相比,增大了15.3 J·g~(-1)。综合热分析测试结果,推测出nPS/NaClO_4复合含能材料的热分解机理:O_2使硅氢键提前断裂并参与放热反应,800℃后未断裂的硅氢键与NaCl发生反应最终生成Si。固体燃烧产物的XRD图谱证明了该推论的合理性。     

硅烷偶联剂对多孔硅的稳定化研究

为了将多孔硅应用于含能材料的制备,采用电化学双槽腐蚀法制备了平均孔径4.3 nm,厚度超过100μm的不龟裂多孔硅薄膜,利用硅烷偶联剂(KH550,KH560,KH570)对此多孔硅薄膜进行表面处理,采用红外光谱(FTIR)技术研究了三种硅烷偶联剂对多孔硅处理前后红外光谱的变化。结果显示,三种硅烷偶联剂均大大降低了多孔硅表面的Si—Hx键的数量,使不稳定的Si—H键转化成更加稳定的Si—OR键。其中KH550和KH570消除悬挂键的效果优于KH560。     

纳米多孔硅含能芯片性能研究

采用MEMS（Micro-electromechanical Systems）工艺在硅片上加工耐HF酸掩模窗口,结合电化学腐蚀法制备出多孔硅阵列。通过扫描电镜和比表面积测试仪对多孔硅进行了性能表征,结果表明：多孔硅具有均匀的纳米尺度孔径、较大的比表面积以及良好的海绵体的结构特性。通过原位形成多孔硅含能芯片,进行了热发火和机械撞击发火试验,结果表明：在没有壳体限制条件时,纳米多孔硅含能芯片在热和机械能刺激下发生强烈点火或者爆炸。     

纳米多孔硅粉的化学腐蚀及其理化性质表征

以纯度大于99%,粒径20μm以下的硅粉为原料,以HF、HNO3、蒸馏水及亚硝酸钠为腐蚀介质,采用化学腐蚀法制备纳米多孔硅粉。利用扫描电镜、全自动比表面积仪以及傅里叶变换红外光谱仪对纳米多孔硅粉进行了表征。制备了多孔硅/高氯酸钠复合材料并进行了燃烧实验。结果表明,腐蚀体系中硝酸浓度是影响孔径分布的主要因素。腐蚀时间则是增大纳米多孔硅粉比表面积的关键因素。最佳腐蚀条件为硝酸浓度5.2%,腐蚀时间120 min。制备的纳米多孔硅粉为介孔材料,表面存在大量的硅-氢键,比表面积达58.2264 m2·g-1。制备的多孔硅/高氯酸钠复合材料能剧烈燃烧,伴有爆燃现象,能用作绿色点火药剂或燃烧剂。     

纳米复合含能材料的研究进展

对纳米复合材料的研究进展进行了综述,例举多种纳米复合材料的制备方法： sol-gel法、溶剂/非溶剂法、高能研磨法、多孔金属/填充物复合法.对这些制备方法及制品的性能进行了分析,认为纳米复合材料提供了研究含能材料的新角度,改进了纳米粉体含能材料储存使用过程的安全性,减轻了粒子团聚现象,有利于充分发挥材料的纳米特性.纳米复合含能材料的制备技术、制备工艺参数及制品结构对其性能的影响规律研究还处在探索阶段,今后还需理论和实践两个方面进行更加深入地分析、探讨.     

太阳能级纳米硅粉制备技术及发展概况

纳米硅粉作为一类新兴的硅材料,在太阳能电池组件中具有广泛的应用。系统地阐述纳米硅粉的制备方法,介绍各种制备技术的研究现状,从原材料选取、原材料利用率、操作安全性、产品纯度、产率、环保性等方面深入分析了各制备方法的利弊,指出目前急需开发一种具有较高综合优势的制备纳米硅粉的新方法,感应等离子技术有可能是纳米硅粉制备的一种新途径。     

固体推进剂采用的纳米材料的制备方法

综述了用于固体推进剂中的纳米金属粉、纳米燃烧催化剂、纳米炸药以及纳米含能复合粒子的制备方法及若干新进展，并对这些制备方法加以评述；提出了目前用于固体推进剂中的纳米材料制备中存在的主要问题。     

含能快递

正香港城市大学原位制备了反应活性增强的炸药内嵌型纳米含能复合材料香港城市大学与中国工程物理研究院化工材料研究所合作设计了炸药内嵌的CuO/Al/CL?20纳米含能复合物。通过简单的溶解?重结晶过程,直接在硅基底上将CL?20嵌入CuO/Al核壳纳米铝热剂阵列。CL?20的嵌入显著增强了反应的总放热量,使CL?20活化能降低18.2%,而且复合物表现出剧烈而稳定的燃烧行为。该设计思想可适用于其他炸药及纳米结构含能材料。     

三维碳化硅结构增强铝基复合材料的制备

采用有机泡沫体浸渍工艺制备了具有三维骨架结构且气孔相互连通的碳化硅多孔陶瓷预制体,使用无压浸渗工艺制备了三维碳化硅结构增强的金属铝基复合材料,同时探讨了无压浸渗过程的反应机理及动力学过程,用XRD、SEM、光学显维镜研究了预制体和复合材料的金相组成及显维组织结构。结果表明,在金属熔体中引入合金元素Si和Mg等元素能破坏氧化铝膜,缩短无压浸渗过程的孕育期。浸渗温度越高,浸渗速度就越快。     

硼硅玻璃与硅阳极键合机理分析

硼硅玻璃与硅进行阳极键合试验,通过扫描电镜及能谱分析对键合界面的微观结构进行分析,结果表明:玻璃/硅的键合界面有明显的中间过渡层生成;在电场力作用下玻璃耗尽层中的氧负离子向界面迁移扩散并与硅发生氧化反应是形成中间过渡层的主要原因,界面过渡层的形成是玻璃/硅界面键合实现连接的基本条件。     

反应粘接碳化硅材料接头的研究

用反应粘接的方法获得了反应烧结碳化硅材料之间、反应烧结碳化硅和重结晶碳化硅材料间的连接。分析了反应粘接碳化硅材料接头的形成机理 ,分别在光学显微镜、扫描电镜下观察了连接区的显微组织和断口形貌 ,评价了反应粘接硅 /碳化硅材料接头的力学和电性能。研究结果表明 ,反应粘接可以使母材间形成良好的接合界面 ,连接层未对整体材料的强度和电阻率造成明显的影响。优化接合面的组织和成分是获得碳化硅材料优异连接性能的关键     

硅碳棒使用性能研究

为改善硅碳棒使用性能,延缓加热元件老化,用涂刷保护层和增加元件两端电压的方式,研究硅碳棒表面负荷密度、加热元件两端电压的影响。结果表明:涂刷保护层弥补了老化导致负荷密度降低的不足,硅碳棒使用寿命延长1.5倍;增加加热元件两端电压,使发热效果不变,极大地保持了熔化炉的恒温特性,保证设备精度,从而保证产品质量,本研究具有重要意义。     

碳化硅料浆分散特性研究

采用低分子量的聚乙烯亚胺作为分散剂,制备稳定性好的碳化硅水基悬浮液。着重分析pH值、分散剂含量、固相含量以及表面改性处理等因素对碳化硅悬浮液分散特性的影响,试验确定聚乙烯亚胺的最佳用量。对碳化硅粉体进行表面处理,使得碳化硅悬浮液最大固相含量体积分数从44%提高到54%(表观黏度小于1Pa·s)。     

单砝码配重法在调节硅片研磨均匀性上的应用研究

为提高硅片研磨的均匀性,提出了一种通过改变调节砝码位置的新方法。对单砝码配重法的原理、步骤及物理模型进行了详细的论述,并基于LabVIEW软件对该方法进行了可视化。在精密研磨抛光机上进行实验,并用膜厚仪进行均匀性测量。结果表明:在给定的条件下使9.9 cm硅片的均匀性从单靠自重研磨的20μm提高到用配重法调节后的3μm,显著提高了硅片研磨的均匀性。单砝码配重法为解决硅片研磨均匀性问题提供了一种既精确又简便的方法。     

燃烧合成多孔碳化硅陶瓷基复合材料

采用燃烧合成技术制备多孔碳化硅基复合材料。利用Si、C、Ti体系的放热反应得到SiC/TiC复相陶瓷,其中Ti+C含量要大于25％,否则燃烧反应无法完全进行。燃烧合成产物中含有α—SiC、β-SiC、TiC和少量Si。所研究体系的产物致密度为理论密度的45％～64％。对燃烧合成产物进行了XRD相分析和SEM断口形貌分析。     

硼硅玻璃与硅阳极键合机理及其界面微观结构分析

为提高玻璃与硅的阳极键合技术在微电子制造和封装过程中的稳定性,对硼硅玻璃与硅进行了阳极键合试验,通过工艺试验,从固态热力学角度分析键合温度和电压对硅/玻璃键合质量的影响;通过扫描电镜对硅/玻璃键合界面的微观结构进行分析,认为键合温度和界面区的强电场是形成界面过渡层的主要因素,界面过渡层的形成促进了硅/玻璃的永久键合。     

可控密度氮化硅在导弹天线罩上的应用

介绍了微晶玻璃、石英陶瓷、氮化硅等几种天线罩材料的性能,重点探讨了可控密度氮化硅陶瓷材料的特点及在导弹天线罩上的应用。     

挤压铸造对过共晶铝硅合金活塞各部位含硅量分布的影响

挤压铸造成形的过共晶铝硅合金活塞不同部位的含硅量不同．经测定，活塞顶部和顶侧部的含硅量偏高，显微组织中初晶硅的数量也相应较多；销孔部位和裙部的含硅量偏低．这种情况，对活塞的使用是有利的，也进一步证明挤压铸造工艺的优越性．