納米復合含能材料的研究進展

董璐陽 王通

摘要：納米復合含能材料的研發(fā)促進軍事以及航空工業(yè)的發(fā)展，為國防以及航空事業(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？接下來本文將對納米復合含能材料的具體研究進展進行分析。

關鍵詞：納米復合含能材料;研究進展;研究方法

隨著納米材料研發(fā)的完善，應用的領域也越來越廣泛，并使工業(yè)發(fā)展獲得多個突破。納米復合含能材料由于其自身的特殊性能而受到各個行業(yè)領域的廣泛關注。特別是國防科技以及航天火箭推進劑等方面的研發(fā)具有突破性的進展。納米含能材料本身具有普通含能材料的性能，同時具有更多的優(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，轟炸效應理想等。因此當前大部分國家都將納米含能材料納入到國防以及能源等方面的發(fā)展規(guī)劃中。

一、納米含能復合材料研究的現(xiàn)狀

納米復合材料指的是由2種或者以上材料復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，納米是在上世紀80年代提出來的概念。納米含能復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，并通過相應的技術手段，對個不同組分的物質(zhì)在納米的量級上進行復合，并根據(jù)材料組分的性能對具體的分散情況和復合尺度進行調(diào)整，這也是含能領域中提出的一種新的概念，當前尚處于認識、初步研究和轉(zhuǎn)化的階段[1]。

當前美國、俄羅斯以及歐洲國家都開始將納米含能復合材料的制備和研發(fā)納入到材料研究的重點工程中，國內(nèi)的材料研究人員也開始對納米含能復合材料進行初步的研究和探索，但是由于研究的時間短，大部分的研究還處于理論研究以及實驗室的初步研究期，通過對相關文獻的分析，可以將納米含能復合材料的進展概括如下：

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

2.用納米量級級別的金屬粉末進行包裹，防止表層氧化，提升使用壽命，降低存儲要求。

3.通過三維結構納米含能材料的研究，對具體的結構形式進行嚴格的控制，有利于對物質(zhì)的反應活性進行控制，實現(xiàn)對物質(zhì)工藝性和力學性能的改善。

4.結合當前新材料的發(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合材料。

二、納米含能材料在我國的研究領域

我國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劑脫濕方面的問題，提升材料的力學性質(zhì)。同時還有部分研究人員通過硬脂酸鉛對RDX材料進行表面包裹，并通過化學沉淀法對RDX硬脂酸鉛的復合粒子進行制備，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]。而且通過最終的實驗發(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，利用三嗪類復合鍵以及海因合計對RDX進行包裹實驗，結果表明RDX的表面性得到有效的改善，機械感明顯鈍化。此外，陸銘等研究人員在聚氨酯的研制中加入了親水基，并將其在水中進行分散，同時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RDX進行包裹，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方式，主要應用到物理、化學以及材料等研究領域中，當前已經(jīng)有150年的發(fā)展歷史。通過溶膠-凝膠方法的應用提升有機和無機材料的純度，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用于金屬氧化物材料的制取，同時通過相關文獻的記載，這種方法也被用來制造燃料以及氧化劑等復合含能材料，而且操作工藝簡單、方法便捷，成本低，具有環(huán)保性。

（二）高能研磨法制備方式

通過對國內(nèi)外的研究情況來看，高能研磨法對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用，同時還可以應用于不同材料顆粒的固相作用，促進納米尺度含能材料的復合。我國相關的研究人員將水、乙醇等作為介質(zhì)，通過研磨機對RDX以及鋁粉等混合物進行研磨，制造RDX包裹鋁粉超細復合粒子。同時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合顆粒，提升高氯酸銨的催化能力。高能機械球研磨法本身具有操作簡單，連續(xù)性強的特點，但是同時也容易使無機粒子的結構被破壞。

（三）超臨界流體法制備方式

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

結語：

綜上所述，當前國際導彈武器系統(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，因此必須要對含能材料進行完善，納米含能復合材料應運而生，而且作用越來越明顯。但是當前仍然處于起步階段，還需要加大研究力度。

參考文獻：

[1]羅運軍，張?zhí)旄?Al基納米復合含能材料的自組裝[J].火炸藥學報，2017，40（2）：1-9.

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

作者簡介：

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

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