超疏水多孔Al/CuO纳米铝热含能复合材料制造技术

超疏水多孔Al/CuO纳米铝热含能复合材料，其制备方法巧妙结合了氢气模板法、高温氧化法和电泳沉积法：首先采用以氢气泡为模板通过调控沉积工艺制备得到多孔铜并结合高温氧化快速得到多孔CuO；然后依次为电极基底通过电泳沉积法实现纳米铝粒子的可控组装最终实现超疏水多孔Al/CuO含能薄膜的制备。本发明专利技术实现了多孔复杂结构含能材料的制备，并克服了磁控溅射等制备工艺成本高、工艺条件苛刻等不足。本方法制备的薄膜材料热能输出强且放热稳定性好；此外，本发明专利技术采用的工艺简便，成膜效率高，普适性好，工业应用前景好。

Super hydrophobic porous Al/CuO nano-aluminothermic energetic Composites

Super hydrophobic porous Al/CuO nano-aluminothermic energetic composites are fabricated by combining hydrogen template method, high temperature oxidation method and electrophoretic deposition method. Firstly, porous copper is prepared by adjusting the deposition process using hydrogen bubbles as templates, and porous CuO is rapidly obtained by high temperature oxidation. Then, the most controllable assembly of nano-aluminium particles is realized by electrophoretic deposition on electrode substrates. Finally, the preparation of superhydrophobic porous Al/CuO energetic films was realized. The invention realizes the preparation of energetic materials with porous and complex structure, and overcomes the shortcomings of high cost and harsh process conditions of preparation process such as magnetron sputtering. The thin film material prepared by the method has strong thermal energy output and good heat release stability; moreover, the process adopted by the invention is simple, the film forming efficiency is high, the universality is good, and the industrial application prospect is good.

【技术实现步骤摘要】
超疏水多孔Al/CuO纳米铝热含能复合材料
本专利技术涉及一种制备纳米含能材料复合薄膜的制备方法，具体地说，涉及一种超疏水多孔Al/CuO纳米铝热含能复合材料。
技术介绍
含能材料(EnergeticMaterials)作为一种反应性材料，广义上是指在一定外部触发条件下，可以独立进行快速化学反应，并释放大量能量的一类物质。目前研究的含能材料主要包括发射药，推进剂，铝热剂、炸药以及烟火剂等。最重要的是，铝热材料的放热性能在不同级别的尺寸下表现程度大有不同，传统铝热剂即微米级别的铝热剂的发展，仍不足以克服反应速度慢，反应延迟时间长，放热量小且不集中的缺点。因此，近几年，纳米级的铝热剂即至少一个组分为纳米级的一类铝热剂，引起了广泛的关注和深入的探索。研究发现，纳米铝热剂薄膜的性能较其它传统含能材料有更好的可控性和有效性。迄今为止，为了有效地提升纳米铝热剂的性能，对应的制备方法也是不胜枚举。主要包括物理混合法、溶胶凝胶-气凝胶法、物理气相沉积法、自组装法以及抑制反应球磨法。比如X.L.Hu(X.L.Hu,X.Liao,L.Q.Xiaoetal.Propellants,Explosives,Pyrotechnics,2015,40:867-872)等人通过快速的物理混合法制备得到了Al/Fe2O3铝热剂，可是该法极难有效成膜，且材料分布均匀性较差。另外，Egan(G.C.Egan,E.J.Mily,J.-P.Mariaetal.TheJournalofPhysicalChemistryC,2015,119(35):20401-20408)等人采用磁控溅射法制备了多层Al/CuO铝热体系，并用电脉冲点火出现耀眼的白色火焰。该法虽然薄膜多层分布均匀，但是工艺操作难度大，且成本高，不利于工业生产。因此，对于结构均匀型纳米铝热剂的低成本高效制备的依然是含能材料领域的关键瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超疏水多孔Al/CuO纳米铝热含能复合材料的制备方法，其能有效的克服上述的某种或者某些缺点。根据本专利技术的一种Al/CuO纳米铝热含能复合材料的制备方法，包括：提供电解液，其中HNO3与Cu(NO3)2的摩尔浓度比为5:1左右，氯离子含量为100～200mg/L，聚乙二醇(PEG)含量为0.1～0.5g/L；利用上述电解液在阴极上进行Cu的电化学沉积，其中阴极与阳极间距为1.5cm左右，电流密度为1～4A2/cm；将阴极上沉积的(多孔)Cu清洗后进行高温氧化得到(多孔)CuO，其中，高温氧化的升温速率为20℃/min，氧化温度控制在300～500℃，氧化时间2h；将纳米级铝粉于密闭条件下超声分散在由异丙醇、乙酰乙酸乙酯、吐温80(聚山梨酯80，C64H124O26)和十二烷基三乙氧基硅烷所组成的混合分散液中而形成悬浮液，异丙醇、乙酰乙酸乙酯、吐温80和十二烷基三乙氧基硅烷的体积比为1:2：10-4：10-4，铝粉的浓度范围为0.5～2.5g/L，超声分散时间为5～25min，温度控制在298±1K；将其上形成有CuO的阴极作为工作电极，与对电极(阳极)保持间距为1.0cm，共同垂直插入悬浮液中执行电泳，从而在阴极上形成Al/CuO纳米铝热含能复合材料，其中外加电场为4-24Vmm-1，温度为25℃，沉积时间1～20min。根据本专利技术的方法，还可以包括：将所得Al/CuO纳米铝热剂含能复合材料迅速转移至真空干燥箱中373～393±1K下干燥1h，然后冷却至室温。之后，还可以将作为基底的阴极剥离或去除于所得复合材料。根据本专利技术，阴极可以由钛片、铜片、不锈钢片或镍片形成，优选钛片；阳极也可以同样形成。在本专利技术中，优选使用PEG4000。根据本专利技术的第二方面，提供了一种复合材料，由上述方法制备。本专利技术首先采用高恒电流利用析出的氢气作为模板在阴极上制备出多孔铜，然后通过高温氧化在阴极基底上获得一层多孔氧化铜，之后再利用附着了一层多孔氧化铜的阴极基底直接作为工作电极，通过可控电泳沉积技术制得了新颖的超疏水多孔Al/CuO含能薄膜或复合材料。本专利技术的阴极基底还优选进一步设置有断裂线，以形成所需大小的合适片区，从而便于后续剥离。此外，根据需要，可以仅仅剥离(例如通过沿断裂线执行简单的掰断动作)所需数量的片区，从而方便剩余含能材料的储存和携带。总之，本专利技术至少具有如下优点：(1)本专利技术制备的超疏水多孔Al/CuO纳米铝热含能复合材料结构新颖，颗粒分布均匀，没有团聚现象发生；(2)本专利技术制备的铝热材料放热迅速且爆燃性能良好；(3)本专利技术制备工艺简单，成本低廉；(4)本专利技术实现了Al与CuO之间纳米尺度的接触，避免了传统铝热剂分布不均匀导致的材料内部传质受限的问题；(5)对原料及设备的要求低，简单操作，制备成本低廉，成膜速率快，适合工业生产；(6)本专利技术的超疏水多孔Al/CuO纳米铝热含能复合材料与基底的附着力良好，通过胶带法测试结果部分可达到5B标准，在工业生产应用中占有很大优势。附图说明图1(a)和图1(b)分别是根据本专利技术的超疏水多孔Al/CuO纳米铝热复合薄膜的场发射扫描电镜FESEM图；图2是根据本专利技术的超疏水多孔Al/CuO纳米铝热复合薄膜的孔径分布图；图3是根据本专利技术的超疏水多孔Al/CuO纳米铝热复合薄膜的水滴静态接触状态图；图4是根据本专利技术的超疏水多孔Al/CuO纳米铝热复合薄膜的放热曲线图。具体实施方式下面通过实施例进一步说明本专利技术。本领域技术人员应该理解，以下实施例只是为了更好的理解和实现本专利技术，并不用于限制本专利技术。实施例1将电极材料裁剪成1×5cm2，并将1×5cm2的有效面积暴露出来，经过打磨，清洗等处理后置于真空干燥箱待用待用。准确配置0.5mol/L硝酸和0.1mol/L硝酸铜溶液的混合溶液100mL，并缓慢加入浓度为150mg/L的氯化铜溶液，提供氯离子。此外，加入少量PEG4000(0.36g/L)后混合并超声混合2h。固定电极材料进行电化学沉积。电流密度为4A/cm2，沉积10min,然后将得到的多孔Cu清洗处理后进行高温氧化并得到多孔CuO。其中，高温氧化的升温速率为20℃/min，氧化温度控制在400℃，氧化时间2h。然后，将纳米级铝粉称量后加入到100mL异丙醇、乙酰乙酸乙酯、吐温80和十二烷基三乙氧基硅烷的混合分散液中，对应的体积比为1:2：10-4：10-4，以及固体粉体的总浓度范围为1.0g/L。密封超声分散20min。超声温度控制在298±1K。将制备得到的多孔CuO作为工作电极，处理好的电极材料为对电极且电极间距为1cm，共同垂直插入分散均匀的悬浮液中进行电泳沉积，温度25℃，外加电场选为10Vmm-1，沉积时间控制在15min，最后得到超疏水多孔Al/CuO纳米铝热复合薄膜。使用场发射扫描电镜(FESEM)，电子衍射仪(XRD),差式扫描量热仪(DSC)等对复合薄膜产物进行表面形貌及性能研究分析表征。如图1(a)和1(b)所示，采用本专利技术方法制备的超疏水多孔Al/CuO纳米铝热复合材料具有均匀多孔性。图2中可以分析样品的孔径分布百分比。此外，图3中显示样品的高疏水角(接近170°)，证明其超疏水性。图4中可以看出超疏水多孔Al/CuO纳米铝热复合材料的放热量可高达放热量4.7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Al/CuO纳米铝热含能复合材料的制备方法，包括：提供电解液，其中HNO3与Cu(NO3)2的摩尔浓度比为5:1左右，氯离子含量为100～200mg/L，PEG含量为0.1～0.5g/L；利用上述电解液在阴极上进行Cu的电化学沉积，其中阴极与阳极间距为1.5cm左右，电流密度为1～4A

【技术特征摘要】
1.一种Al/CuO纳米铝热含能复合材料的制备方法，包括：提供电解液，其中HNO3与Cu(NO3)2的摩尔浓度比为5:1左右，氯离子含量为100～200mg/L，PEG含量为0.1～0.5g/L；利用上述电解液在阴极上进行Cu的电化学沉积，其中阴极与阳极间距为1.5cm左右，电流密度为1～4A2/cm；将阴极上沉积的Cu清洗后进行高温氧化得到CuO，其中，高温氧化的升温速率为20℃/min，氧化温度控制在300～500℃，氧化时间2h；将纳米级铝粉于密闭条件下超声分散在由异丙醇、乙酰乙酸乙酯、吐温80(聚山梨酯80，C64H124O26)和十二烷基三乙氧基硅烷所组成的混合分散液中而形成悬浮液，异丙醇、乙酰乙酸乙酯、吐温80和十二烷基三乙氧基硅烷的体积比为1:2：10-4：10-4，铝粉的总浓度范围为0.5g/L～2.5g/L，超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎学明，郭晓刚，王琪辉，陶志，李安琪，马侑才，王千雨，倪子惠，沈孟林，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50