含能材料的结构及其制备方法技术

本发明专利技术还涉及一种含能(或高能)材料的结构及其制备方法。所述结构包括在基材上形成的第一层，覆盖第一层的第二层，以及包封第二层的第三层，其中所述第一层包括至少一种金属氧化物，所述第二层包括至少一种燃料材料，以及所述第三层包括至少一种疏水材料，这样所述结构是防水的。

【技术实现步骤摘要】
含能材料的结构及其制备方法
本专利技术涉及含能(或高能)材料的结构及其制备方法。具体地但非排它性地，本专利技术涉及含能材料的防水层状结构及其制备方法。
技术介绍
包括推进剂、炸药和烟火剂的含能(或高能)材料(EMs)正被广泛地应用于民用和军事领域，诸如汽车安全气囊、安全带张紧器、采矿、海上钻井、爆破、用于快速熔合的热源、通过局部加热来焊接材料、金属切削、水下焊接、微推进系统、冲击雷管或电雷管、炸药添加剂、推进剂改性剂、射击武器，以及在导弹或火箭中使用的安全装置和战斗部。此外，纳米含能材料(nEMs)已经受到日益渐增的关注，其原因在于与传统含能材料(EMs)(例如火药和三硝基甲苯(TNT))相比，纳米含能材料(nEMs)在反应传播速率、引发或起始反应温度、点火延迟、和体积能量密度方面的性能显著提高。然而，纳米含能材料(nEMs)的性能将受空气中的水分(moisture)的影响而显著降低，此外，纳米含能材料(nEMs)不能在水下发生反应。湿气和/或水将渗入到纳米含能材料(nEMs)的反应混合物中，从而导致反应物在引发和反应之前分解，或者在引发后将反应中止。然而，目前还没有可以在湿气和/或水存在的环境下使用的防水纳米含能材料(nEMs)或结构的报道。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种用于制备含能(或高能)材料结构的方法，所述方法包括以下步骤：在基材上形成金属氧化物层；用燃料材料层覆盖所述金属氧化物层以便形成金属氧化物/燃料层；以及用疏水材料层包封金属氧化物/燃料层以便形成金属氧化物/燃料/疏水材料层。在第一方面的实施例中，金属氧化物层包括微米级或纳米级结构。在第一方面的实施例中，微米级或纳米级结构为细长的形状。在第一方面的实施例中，微米级或纳米级结构为阵列的形式。在第一方面的实施例中，所述金属氧化物层包括下述至少一种金属氧化物：二氧化锰(MnO2)、三氧化钼(MoO3)、氧化铜(CuO)、氧化钴(Co3O4)、三价铁的氧化物(Fe2O3)、二价和三价铁的氧化物(Fe3O4)、二氧化钼(MoO2)、氧化镍(NiO)、氧化铋(Bi2O3)、三氧化钨(WO3)和二氧化锡(SnO2)。在第一方面的实施例中，形成金属氧化物层的步骤是通过物理气相沉积法、水热合成法、化学沉淀法、至少一种前驱体的固态热转化和电化学方法中的至少一种来执行的。在第一方面的实施例中，形成金属氧化物层的步骤进一步包括以下步骤：沉积至少一种前驱体材料以及使得所述前驱体材料生长以便形成金属氧化物层。在第一方面的实施例中，所述至少一种前驱体材料包括一层粘附层和一层金属层。在第一方面的实施例中，所述粘附层包括氧化铜(CuO)、钛(Ti)，钽(Ta)、铬(Cr)或其混合物。在第一方面的实施例中，所述金属层包括铜(Cu)、铁(Fe)、钴(Co)，镍(Ni)或其混合物。在第一方面的实施例中，所述粘附层是通过溅射、电子束蒸发和热蒸发中的至少一种来沉积的。在第一方面的实施例中，所述金属层是通过溅射、电子束蒸发、热蒸发和电镀中的至少一种来沉积的。在第一方面的实施例中，生长步骤包括使得前驱体材料在较高的温度下氧化。在第一方面的实施例中，所述燃料材料层包括至少一种燃料材料。在第一方面的实施例中，所述至少一种燃料材料为金属。在第一方面的实施例中，所述金属选自于包括由铝(Al)、镁(Mg)及其混合物的组。在第一方面的实施例中，用所述燃料材料层覆盖所述金属氧化物层的步骤是通过热蒸发和溅射中的至少一种来执行的。在第一方面的实施例中，热蒸发是在真空下进行的。在第一方面的实施例中，溅射是在惰性气体流中进行的。在第一方面的实施例中，所述惰性气体包括氩气。在第一方面的实施例中，所述疏水材料层包括下述至少一种疏水材料：氟硅烷(FAS)、聚四氟乙烯(PTFE)、烷基烯酮二聚物(AKDs)、聚(烷基吡咯)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在第一方面的实施例中，所述金属氧化物/燃料层和金属氧化物/燃料/疏水材料层包括微米级或纳米级结构。在第一方面的实施例中，微米级或纳米级结构是细长形状的。在第一方面的实施例中，微米级或纳米级结构为阵列的形式。在第一方面的实施例中，包封金属氧化物/燃料层的步骤是通过化学气相沉积法、物理气相沉积法、旋涂、静电纺丝、电喷雾、气溶胶沉积和基于溶液的方法中的至少一种来执行的。在第一方面的实施例中，还包括在形成金属氧化物层的步骤之前清洁基材的步骤。根据本专利技术的第二方面，提供一种含能(或高能)材料的结构，其包括：在基材上形成的第一层，覆盖第一层的第二层，以及包封第二层的第三层，其中所述第一层包括至少一种金属氧化物，所述第二层包括至少一种燃料材料，以及所述第三层包括至少一种疏水材料，这样所述结构是防水的。在第二方面的实施例中，第一层包括微米级或纳米级结构。在第二方面的实施例中，第一层的微米级或纳米级结构是细长形状的。在第二方面的实施例中，第一层的微米级或纳米级结构为阵列的形式。在第二方面的实施例中，所述至少一种金属氧化物选自于下述材料：二氧化锰(MnO2)、三氧化钼(MoO3)、氧化铜(CuO)、氧化钴(Co3O4)、三价铁的氧化物(Fe2O3)、二价和三价铁的氧化物(Fe3O4)、二氧化钼(MoO2)、氧化镍(NiO)、氧化铋(Bi2O3)、三氧化钨(WO3)和二氧化锡(SnO2)。在第二方面的实施例中，所述至少一种燃料材料为金属。在第二方面的实施例中，所述金属选自于由铝(Al)、镁(Mg)及其混合物。在第二方面的实施例中，所述至少一种疏水材料选自于下述材料：氟硅烷(FAS)、聚四氟乙烯(PTFE)、烷基烯酮二聚物(AKDs)、聚(烷基吡咯)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在第二方面的实施例中，氟硅烷包括三氯(1H，1H，2H，2H-全氟辛基)硅烷。在第二方面的实施例中，含能材料的结构包括微米级或纳米级结构。在第二方面的实施例中，含能材料结构的微米级或纳米级结构是细长形状的。在第二方面的实施例中，含能材料结构的微米级或纳米级结构为阵列的形式。本专利技术的进一步方面将通过对附图的以下描述变得显而易见，所述附图仅仅通过实例的方式给出以便示出本专利技术。附图说明图1是示出本专利技术第一实施例的示意图；图2是示出本专利技术第二实施例的示意图；图3是示出根据如图1步骤1中所示的第一实施例的氧化钴(Co3O4)纳米棒的扫描电子显微(SEM)照片；图4是示出根据如图1步骤2中所示的第一实施例的氧化钴/铝(Co3O4/Al)纳米棒的扫描电子显微(SEM)照片；图5是示出根据如图1中所示的第一实施例的Co3O4/Al/PFOCTS纳米阵列反应热的示差扫描量热法(DSC)结果；图6是示出在根据如图1中所示的第一实施例的Co3O4/Al/PFOCTS纳米阵列上进行的水滴接触角(WDCA)测试结果的图像；图7是示出根据如图2步骤1中所示的第二实施例的CuO纳米线的扫描电子显微(SEM)照片；图8是示出根据如图2步骤2中所示的第二实施例的CuO/Al纳米线的扫描电子显微(SEM)照片；图9是示出根据如图2中所示的第二实施例的CuO/Al/PTFE纳米阵列反应热的示差扫描量热法(DSC)结果；以及图10是示出在根据如图2中所示的第二实施例的CuO/Al/PTFE纳米阵列上进行的水滴接触角(WDCA)测试结果的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备含能材料结构的方法，所述方法包括以下步骤：在基材上形成金属氧化物层；用燃料材料层覆盖所述金属氧化物层以便形成金属氧化物/燃料层；以及用疏水材料层包封所述金属氧化物/燃料层以便形成金属氧化物/燃料/疏水材料层。

【技术特征摘要】
2014.01.29 US 14/167，4911.一种用于制备含能材料结构的方法，所述方法包括以下步骤：在基材上形成金属氧化物层，其中，所述金属氧化物层为Co3O4；用燃料材料层覆盖所述金属氧化物层以便形成金属氧化物/燃料层，其中，所述燃料材料层为铝；以及用疏水材料层包封所述金属氧化物/燃料层以便形成金属氧化物/燃料/疏水材料层，其中，所述疏水材料层为聚四氟乙烯；其中，所述含能材料结构为防水的。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述金属氧化物层包括微米级或纳米级结构。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述微米级或纳米级结构为细长的形状。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述微米级或纳米级结构为阵列的形式。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于形成金属氧化物层的步骤是通过物理气相沉积法、水热合成法、化学沉淀法、至少一种前驱体的固态热转化和电化学方法中的至少一种来执行的。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于形成金属氧化物层的步骤进一步包括以下步骤：沉积至少一种前驱体材料以及使得所述前驱体材料生长以便形成所述金属氧化物层。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述至少一种前驱体材料包括一层粘附层和一层金属层。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述粘附层包括氧化铜，钛，钽，铬或其混合物。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述金属层包括铜，铁，钴，镍或其混合物。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述粘附层是通过溅射、电子束蒸发和热蒸发中的至少一种来沉积的。11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述金属层是通过溅射、电子束蒸发、热蒸发和电镀中的至少一种来沉积的。12.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述生长步骤包括使得前驱体材料在较高的温度下氧化。13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用所述燃料材料层覆盖所述金属氧化物层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张开黎，吕坚，
申请(专利权)人：香港城市大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81