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含能材料纳米粉体的制备和性能研究

张永旭  
【摘要】:本文对由日本东北大学Nakanishi教授等人提出的一种用于有机纳米材料制备的新型重沉淀法进行了系统的理论和实验研究。 首先,从理论上分析了该方法中纳米颗粒形成和生长的热力学和动力学过程,提出了一个由符合LaMer成核扩散模型的颗粒形成和随后经奥氏熟化发生生长两部分组成的新模型,采用新提出的模型解释了Nakanishi教授等人对苝微晶生长研究的实验结果,相对于原有模型新模型具有可以解释现有的全部实验结果和生长活化能物理意义明确的优点。以此模型为基础,分析了多种实验条件对制备的可能影响。 在理论研究的基础上,采用该重沉淀法进行了RDX、HMX、NH_4NO_3和NH_4ClO_4等纳米材料的制备研究。实验中重点研究了溶剂相浓度、熟化时间、温度、非溶剂性质等实验条件对纳米材料制备的影响。对几种物质的研究显示,溶剂相浓度均直接影响颗粒尺寸,在较高浓度下可以制备得到较大的颗粒,浓度降低将得到较小的颗粒;相同溶剂相浓度下,溶剂相加入量的增加会使制备的颗粒平均粒径增加,外形变得不规则;实验温度对纳米材料的制备影响明显,较高的实验温度将得到较大的颗粒且颗粒团聚较严重,产率也较低,较低的实验温度可以得到较小的颗粒,团聚也较弱,产率较高;物质在非溶剂中的溶解度对纳米颗粒的制备存在影响,较低的溶解度有利于制备小粒度、弱团聚、颗粒球化度好的粉体材料;溶剂性质对制备过程也有影响,溶解度较大的溶剂有利于制备平均粒径小、分散良好的粉体材料。以上各实验条件对纳米材料制备的影响均与采用新模型预测的结果相符,从而验证了该模型的正确性。 采用该方法制备了平均粒径在20~200nm间的HMX粉体材料,晶体结构研究显示,所得到的样品主要由β-HMX和γ-HMX组成。对具有不同平均粒径的样品进行了机械感度、热性能和光谱性能的研究,发现在此粒度范围内,随着平均粒径的下降,HMX的撞击感度略有上升,摩擦感度明显升高,热分解最大能量释放温度略有降低,分解放热明显降低,红外光谱谱峰相对于常规粒度HMX发生明显的蓝移。


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