納米鋁熱劑含能膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及納米含能膜的制備方法，具體涉及Α1/Μο03納米含能膜材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁熱劑由于反應(yīng)時(shí)能產(chǎn)生高溫和放出大量的熱，且易于制備、低毒等優(yōu)點(diǎn)，常用作焊接、放映性破片、推進(jìn)劑等。但鋁熱劑的反應(yīng)動(dòng)力受粒子之間質(zhì)量傳遞控制，其能量釋放速率慢，限制了它的應(yīng)用。納米鋁熱劑的反應(yīng)物之間單位質(zhì)量原子接觸的面積大，傳質(zhì)和熱傳導(dǎo)的距離減小，反應(yīng)速率極大地提高，因此納米鋁熱劑作為納米復(fù)合含能材料中的代表引起廣泛關(guān)注。而在目前報(bào)道制備的納米鋁熱劑中，八1/^003鋁熱劑具有燃燒速度快、放熱量大，因此Al/MoO^熱劑具有很大的應(yīng)用前景。近年來(lái)AVMoO3納米鋁熱劑主要集中在粉體的制備上，但粉體的制備工藝復(fù)雜，具有一致性較差的缺點(diǎn)。因此將這種具有燃燒速度優(yōu)勢(shì)的鋁熱劑制成膜形態(tài)，將會(huì)克服粉體的缺陷，更加實(shí)用。
[0003]目前報(bào)道的制備納米鋁熱劑膜的方法有磁控濺射法、熱蒸-氧化復(fù)合法、熱蒸-電鍍-氧化復(fù)合法和電泳沉積法等。其中，電泳沉積法操作溫度低，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，成本低，在復(fù)雜的襯底上易沉積。Sullivan, K.T.等(Sullivan K T, WorsleyMA, Kuntz J D, et al.Combust1n and Flame, 2012，159 (6)，2210-2218)米用電泳沉積法制備出了 ΑΙ/CuO 納米銷熱劑膜，Zhang, Daix1ng 等(Zhang, D.；Li, X.；Qin, B.MaterialsLetters, 2014, 120，224-227)采用電泳沉積法制備出Al/Fe203納米鋁熱劑膜，但這種方法制備的沉積膜和基底附著力差、易出現(xiàn)裂縫，粒子在懸浮液中易沉降等缺陷。常通等(ChangTong, LI Zhiyou, MA Li, Zhou Kecha0.Materials Science and EngineeringofPowder Metallurgy, 2011, (05), 760-767)采用電泳沉積后燒結(jié)的方法提高了 Fe2O3膜的致密性及附著力，但對(duì)于制備鋁熱劑膜并不適用，因?yàn)殇X熱劑易發(fā)生鋁熱反應(yīng)，危險(xiǎn)性極尚O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種AVMoO3納米鋁熱劑含能膜的制備方法，解決采用電泳沉積法制備鋁熱劑膜時(shí)，沉積膜不易制得較厚膜層，與基底附著力差，粒子易沉降等問(wèn)題。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的AVMoO3納米鋁熱劑含能膜的制備方法，該方法是以納米鋁粉和納米三氧化鉬粉為沉積劑，以氨基硅烷偶聯(lián)劑和聚乙烯亞胺(PEI)聯(lián)用作為添加劑，采用電泳沉積法在懸浮液中電泳沉積后，干燥處理得到AVMoO3納米鋁熱劑含能膜。本文中所提及的納米鋁粉和納米三氧化鉬粉通常是指粒徑在10nm以下的粉體。
[0006]在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，包括如下步驟:
[0007](I)將納米鋁粉和納米三氧化鉬粉加入到分散介質(zhì)中，攪拌均勻，其中總顆粒質(zhì)量濃度為5g/L?10g/L ;總顆粒質(zhì)量是指加入的納米鋁粉和納米三氧化鉬粉的總質(zhì)量；
[0008](2)先將適量的氨基硅烷偶聯(lián)劑加入到分散介質(zhì)中，攪拌均勻后，再加入適量的聚乙烯亞胺，攪拌均勻后，形成懸浮液；
[0009](3)插入提前預(yù)處理干凈的兩個(gè)電極作為基底，進(jìn)行電泳沉積；
[0010](4)將沉積膜干燥即可。
[0011]優(yōu)選情況下，其中氨基硅烷偶聯(lián)劑的加入量為總顆粒質(zhì)量的0.1wt.%?1wt.%，聚乙稀亞胺的加入量為總顆粒質(zhì)量的5wt.%?15wt.%。進(jìn)一步優(yōu)選情況下，其中氨基硅烷偶聯(lián)劑的加入量為總顆粒質(zhì)量的3wt.%?5wt.%，聚乙烯亞胺的加入量為總顆粒質(zhì)量的5wt.%?8wt.%，在該優(yōu)選濃度下，發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)，電沉積效率要比其它濃度條件下要高出20%以上。
[0012]優(yōu)選情況下，所述分散介質(zhì)選自水、乙醇、異丙醇和乙二醇中的一種或多種組合。
[0013]優(yōu)選情況下，其中所述兩個(gè)電極分別選自紫銅片、不銹鋼片、鈦片、鎳片或?qū)щ姴ＡА?br>[0014]優(yōu)選情況下，其中步驟⑷中的干燥工藝為真空干燥。
[0015]優(yōu)選情況下，其中步驟⑴和(2)中的攪拌工藝為超聲分散。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的AVMoO3納米鋁熱劑含能膜的制備方法，相對(duì)比其他的制備方法，其優(yōu)點(diǎn)與積極效果:(I)本發(fā)明所使用的添加劑為氨基硅烷偶聯(lián)劑與PEI混合液，可制得膜層厚度可調(diào)范圍廣，與基底附著力更強(qiáng)的致密不易脫落的鋁熱劑膜層。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以氨基硅烷偶聯(lián)劑與聚乙烯亞胺聯(lián)用作為添加劑可以改變?nèi)趸f表面電荷極性，提高粒子表面的電荷量，獲得的膜層厚度可達(dá)100 μπι，附著力通過(guò)膠帶法測(cè)試涂層附著力的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)測(cè)定達(dá)到4Β標(biāo)準(zhǔn)，放熱量可達(dá)理論放熱量的85%。該特點(diǎn)可以提高膜的可控性和實(shí)際應(yīng)用性；(2)采用本發(fā)明的制備方法制備出的納米鋁熱劑膜更加均勻，反應(yīng)物接觸性更好，提高了原料的利用率，而且該方法操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，制備過(guò)程易于控制，周期短，經(jīng)濟(jì)適用，生產(chǎn)成本低，適合于大規(guī)模生產(chǎn)；(3)本發(fā)明適合制備多種粒子的復(fù)合膜。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是AVMoO3納米鋁熱劑含能膜的照片；
[0018]圖2是AVMoO3納米鋁熱劑含能膜的SEM照片；
[0019]圖3是AVMoO3納米鋁熱劑含能膜的XRD圖譜；
[0020]圖4是AVMoO3納米鋁熱劑含能膜的DSC曲線；
[0021]圖5是AVMoO3納米鋁熱劑含能膜的燃燒照片。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面通過(guò)具體實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0023]實(shí)施例1:
[0024]準(zhǔn)確稱量0.25g的納米鋁粒子和0.75g的納米三氧化鉬粒子加入到10mL的乙醇溶液中，在25°C條件下超聲30分鐘，先將0.03g γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)加如到乙醇溶液中，超聲10分鐘，再加入0.05g PEI形成懸浮液，超聲20分鐘，立刻插入兩個(gè)已處理干凈的鎳片電極(5 X 2cm)，在外加電壓為250V下電泳沉積25分鐘，得到沉積膜，在80?150°C真空干燥箱干燥5?12個(gè)小時(shí)，冷卻后，即得到AVMoO3納米鋁熱劑含能膜。
[0025]用Zeta電位儀，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)，X射線能量色散譜(EDS)，X射線粉末衍射(XRD)，差式掃描量熱儀(DSC)及膠帶法測(cè)試涂層附著力的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)(ASTM D 3359-2009)等對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)及性能表征。
[0026]如圖1和圖2所示，采用本發(fā)明方法制備的AVMoO3納米鋁熱劑膜光滑、細(xì)密。
[0027]如圖3所示，產(chǎn)品特征衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)JCPDS中Al和MoO3的標(biāo)準(zhǔn)圖譜卡片相吻合，存在這兩種物質(zhì)的特征衍射峰，且峰形良好。
[0028]如圖4所示，得到的AVMoO3納米鋁熱劑的DSC曲線，其放熱量為理論放熱量的85%。
[0029]如圖5所示，得到的Al/Mo03m米鋁熱劑膜燃燒性能較好。
[0030]得到的Al/Mo03m米鋁熱劑膜由ASTM D 3359-2009測(cè)得附著力等級(jí)為4B。
[0031]對(duì)比