微納米鋁粉的氧化動力學研究進展

王敬凱，陳 捷，睢賀良，于 謙，楊秀蘭，索志榮，孫 杰，銀 穎

（1. 中國工程物理研究院化工材料研究所，四川 綿陽 621999；2. 西南科技大學材料科學與工程學院，四川 綿陽 621010）

1 引言

金屬鋁粉具有較高的熱值，已經被廣泛應用于新型高能推進劑及高能炸藥體系中［1］。微納米鋁粉添加劑能夠有效提高固體推進劑體系的動、靜態燃速［2］；而對于高能炸藥，鋁粉不僅可以顯著提高炸藥體系的爆熱和輸出能量［3］，還能夠較大程度地降低含能材料熱分解反應的活化能［4］，大幅縮短含能材料分解誘導期。然而，由于微納米鋁粉具有較大的比表面積和表面能，暴露的活性中心多，而這些活性中心易于與氧化性物質反應，導致自身活性下降，從而使得推進劑、炸藥體系輸出的能量降低，影響其最終效能［5-6］。

微納鋁粉在生產、運輸、貯存和使用等過程中，可能與環境中某些氧化性物質發生反應，包括氧氣、水、二氧化碳等，其中鋁-氧和鋁-水反應體系是最常見的氧化體系。一方面，微納米鋁粉的這種氧化反應是其放熱釋能的途徑，也是導致其老化失活和能量降低等問題的重要原因；另一方面，在新能源研究領域，許多科學家提出可以利用這一反應作為制取清潔能源氫氣的途徑之一［7-9］，另外鋁-空氣電池本質上也是借助鋁的氧化還原實現能量的轉化和存儲［10-11］。因此，盡管面向鋁氧化問題的相關研究由來已久，但一直都受到不同領域研究者的高度關注。近年來，隨著對鋁氧化反應體系研究的深入，許多學者開始致力于從兩方面來理解鋁粉的氧化失活問題，一是以分子動力學為手段，力圖從原子尺度上闡明鋁粉氧化的微觀機制，同時分析影響鋁粉氧化機制的關鍵因素；……