一种适用于MEMS微装药的碳基叠氮化物薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于MEMS微装药的碳基叠氮化物薄膜及其制备方法，属于含能材料技术领域。该类叠氮化物薄膜是采用静电纺丝和热压联用技术制备得到的，首先通过静电纺丝技术得到含有金属盐的薄膜材料，然后通过热压法快速得到负载有金属粒子的碳基薄膜，再利用原位叠氮化得到最终的叠氮化物薄膜。本发明专利技术得到的碳基叠氮化物薄膜制备过程简单、快速、可批量化生产，且与传统叠氮化物相比，具有较佳的感度性能，这主要得益于薄膜中的碳骨架结构发挥出优良的导热、导电性能，并可均匀负载叠氮化物所需的金属粒子。最重要的是所制备的样品能够始终保持薄膜形态，易被后期加工和功能化，在保证安全性的同时，能够适用于第四代火工品的MEMS微装药工艺。的MEMS微装药工艺。的MEMS微装药工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于MEMS微装药的碳基叠氮化物薄膜及其制备方法
[0001]
：本专利技术属于含能材料
，涉及一种适用于MEMS微装药的碳基叠氮化物薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着武器系统朝着智能化、微型化、集成化方向的发展，第四代新概念火工品应运而生。与传统的火工品相比，第四代火工品通常包含微尺度下的能量响应与传递，其制造方法与传统的压装和铸装的装药方式相比，多采用与MEMS工艺相兼容的原位装药方法。
[0003]原位装药通常是在微结构换能元的表面或硅基装药腔体上，采用与MEMS工艺相适配的技术，如原位沉淀、原位合成等，直接在指定的装药位置反应生成所需微纳药剂。这种方法不仅能有效减小装药风险，还能满足第四代火工品对微尺度装药的需求。目前多采用这种原位装药技术来制备对外界刺激十分敏感的起爆药剂，如叠氮化铅、叠氮化铜、叠氮化银等叠氮化物类起爆药。但上述药剂感度较高，且多为粉末状，药剂体系易分散，不稳定。一些研究人员通过加入具有优异导电、导热性能的碳材料，或通过高温煅烧过程制备多孔铜和碳骨架的方法对其进行降感，但样品仍为粉末状，不易安全装药，也不易实现与MEMS工艺的相互兼容。
[0004]静电纺丝技术具有操作简便，成本低等优势，可实现批量化生产，所制备的薄膜材料易于功能化和后期加工，能与MEMS工艺相兼容，可以利用静电纺丝技术制备薄膜状药剂用于微装药。热压技术是指在短时间内采用特定温度和一定压力使样品快速成型，与传统的高温煅烧过程相比效率更高，可在短时间内迅速成型，且所制备的材料仍能保持良好的薄膜特性，易于后期的加工和功能化，可实现碳骨架薄膜的快速制备。因此，可以将静电纺丝技术与热压技术相结合，设计与制备感度适中、适用于MEMS微装药工艺的碳基薄膜型叠氮化物药剂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种适用于MEMS微装药的碳基叠氮化物薄膜及其快速制备方法，与传统叠氮化物和经碳材料等改性后的叠氮化物相比，该材料为薄膜状，易被裁剪加工成型，同时具备较好的感度特性，适用于MEMS微装药。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种具有较佳感度性能的碳基叠氮化物薄膜，该薄膜采用静电纺丝技术制备获得，并通过热压联用技术快速得到均匀负载有金属粒子的碳骨架薄膜，经后续原位叠氮化得到适用于MEMS微装药的碳基叠氮化物薄膜。
[0007]上述适用于MEMS微装药的叠氮化物薄膜的制备方法，其具体步骤如下：
[0008]步骤一、将一定浓度的易纺丝高分子材料和金属盐以一定质量比置于有机溶剂中，在一定温度下搅拌一段时间，待完全溶解后，将溶液置于带有喷头的注射器内，利用静电纺丝仪在一定电压和推注速率下进行纺丝。纺丝完成后，将所制备的薄膜揭下，置于50℃烘箱中干燥。
[0009]步骤二、将步骤一中的薄膜置于聚四氟乙烯模具中，并用铝箔纸均匀覆盖其表面，
采用手持热压机在特定温度下对其快速热压一定时间，待温度回升至室温后得到碳基薄膜。
[0010]步骤三、将叠氮化钠与硬脂酸置于气体发生器中，并将步骤二中得到的碳基薄膜置于单向通气管中，反应产生的叠氮酸气体通过单向管通入金属基薄膜中，在高温条件下反应一定时间后最终可得到叠氮化物薄膜。
[0011]在一个优选的技术方案中，所述的步骤一中易纺丝的高分子材料包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、聚氧化乙烯。
[0012]在一个优选的技术方案中，所述的步骤一中的金属盐包括氢氧化铜、乙酸铜、乙酸铅、氧化银、硝酸银、乙酸镉。
[0013]在一个优选的技术方案中，所述的步骤一中易纺丝高分子材料的浓度为3％
‑
10％。
[0014]在一个优选的技术方案中，所述的步骤一中高分子材料与金属盐的质量比为1∶1、1∶2、2∶1、1∶3、3∶1、2：3、3∶2。
[0015]在一个优选的技术方案中，所述的步骤一中的反应温度为25℃
‑
90℃，搅拌时间为2h
‑
8h。
[0016]在一个优选的技术方案中，所述的步骤一中的负电压为
‑
2k V，正电压为8kV
‑
20kV；推柱速率为0.05mm/min
‑
0.2mm/min。
[0017]在一个优选的技术方案中，所述的步骤二中热压的温度为100℃
‑
200℃；热压时间为5min
‑
30min。
[0018]在一个优选的技术方案中，所述的步骤三中叠氮化的反应温度为100℃
‑
150℃，反应时间为1h
‑
36h。
[0019]本专利技术的原理是：适用于MEMS微装药体系、具有较佳感度性能的碳基叠氮化物薄膜可通过简单的静电纺丝和热压联用技术快速制备获得。采用热压技术代替传统的高温煅烧过程，将静电纺丝得到的含有金属盐的薄膜转化为碳基薄膜。得益于碳骨架大比表面积，使得金属粒子均匀负载在碳骨架上；而碳骨架良好的导热导电性能则利于电子的迁移和热量的传导。通过后期原位叠氮化过程，即可制备得到感度性能较佳的碳基叠氮化物薄膜，且薄膜特性保持良好，有利于后期加工成型，并与MEMS工艺相匹配。
[0020]本专利技术的有益效果如下：
[0021](1)本专利技术所述的碳基叠氮化物薄膜采用静电纺丝和热压联用技术快速制备获得，与传统的高温煅烧过程相比效率更高，可在短时间内采用较低温度快速获得，同时保持良好的薄膜特性，以备后续加工，且制备工艺较简单，可批量化生产；
[0022](2)本专利技术所述的碳基叠氮化物薄膜中，静电纺丝和热压联用技术得到的碳骨架具有较大比表面积，可均匀负载金属粒子有效避免团聚；同时得益于碳骨架优良的导热、导电性能，使得所制备的叠氮化物薄膜具有较佳的感度性能。
[0023](3)本专利技术所述的碳基叠氮化物薄膜的最终形态为薄膜状，具备可裁剪，易加工成型的特点，能与MEMS工艺相兼容，适用于MEMS微装药。
附图说明
[0024]图1为静电纺丝和热压联用技术制备得到的薄膜材料。
[0025]图2为热压后得到的碳基薄膜扫描电镜图。
[0026]图3为原位叠氮化后的叠氮化物薄膜扫描电镜图。
具体实施方式
[0027]本专利技术是通过以下实施例实现的，但实施中所述条件和结果对专利技术的内容和权利不构成限制。
[0028]实施例1
[0029]碳基叠氮化铜薄膜及制备方法：
[0030]原材料：聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，氢氧化铜(Cu(OH)2)，乙醇，叠氮化钠(NaN3)，硬脂酸(CH3(CH2)
16
COOH)。
[0031]主要仪器及设备：静电纺丝仪，磁力搅拌机，热压机，圆底烧瓶，水浴锅。
[0032]将1g聚乙烯醇缩丁醛置于10mL乙醇中室温下搅拌2h，再称取1g氢氧化铜加入到PVB溶液中继续搅拌4h，并将搅拌均匀的溶液注入5mL注射器中，使用20G号(喷头内径为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于MEMS微装药的碳基叠氮化物薄膜，其特征在于，该碳基叠氮化物薄膜是采用静电纺丝和热压联用技术，以及后续的原位叠氮化工艺制备得到的。2.根据权利要求1所述的适用于MEMS微装药的碳基叠氮化物薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将易纺丝的高分子材料和金属盐以一定质量比置于有机溶剂中搅拌均匀，并注入带有喷头的注射器中，利用静电纺丝仪进行纺丝，将其烘干得到薄膜以备用；步骤二、将步骤一所得薄膜置于热压机下进行快速热压，得到碳基薄膜；步骤三、向步骤二所得的碳基薄膜中通入叠氮酸气体进行原位叠氮化反应，最终得到适用于MEMS微装药...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨利，王爽，佟文超，韩纪旻，马小霞，
申请(专利权)人：北京理工大学重庆创新中心，
类型：发明
国别省市：