本发明专利技术公开了一种MOF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技术得到碳基薄膜，并在薄膜上原位生长不同金属基MOF材料，经后续碳化、原位叠氮化得到叠氮化物薄膜。本发明专利技术得到的MOF基叠氮化物薄膜与传统叠氮化物相比，具有较高的静电安全性。MOF材料作为金属源，不仅可以均匀负载金属粒子，减少静电积累，碳化后所得到的碳骨架结构也可发挥出优良的导电、导热性能。且薄膜材料可被裁剪，易加工成型，与MEMS火工品的微装药工艺相匹配。
【技术实现步骤摘要】
技术介绍
1、起爆药是一种在较弱外部刺激下(如机械、热、电、光)即能发生燃烧，并能迅速转爆轰的敏感药剂，往往作为始发炸药，用以引爆猛炸药。近年来发展的原位合成法制备叠氮化铜、叠氮化铅和叠氮化银等叠氮类起爆药普遍具有优异的起爆性能，在微含能芯片中具有潜在的应用价值。但这几种叠氮化物的感度普遍过高，在操作过程中存在较大安全隐患，且药剂多为粉末状，药剂体系易分散，在装药过程中也存在诸多不安定因素。
2、国内外研究者采用添加具有优异导电、导热性的石墨烯、碳纳米管等碳材料的方法对其进行降感，或采用电化学法制备多孔铜模板来均匀负载金属纳米粒子，减少颗粒团聚，从而降低其感度。而近年兴起的金属有机骨架(metal-organic framework,mof)化合物是一种由金属离子或金属团簇与有机配体自组装而成的一种材料，具有大比表面积，孔隙可调等优势。通过引入mof材料均匀负载金属粒子，不仅可以代替多孔铜模板，有效减少颗粒团聚，而且经过高温煅烧后可获得碳骨架结构，提升系统的导电、导热性，从而达到降低感度的目的。
3、添加碳材料或构建多孔铜模板的方法虽然在一定程度上降低了叠氮化物对外界的敏感度，但样品仍多为粉末状，不易安全装药，也不能实现与mems工艺的相互兼容。因此，设计出具有适中感度，且易加工成型的叠氮类起爆药尤为重要。静电纺丝技术具有操作简便、制作成本低等优势，所制备的薄膜材料可加工成型，能够与mems工艺很好的兼容。可采用静电纺丝技术，并引入mof材料，设计与制备感度适中、易于加工成型的叠氮化物薄膜型火工药剂。</p>
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种mof基叠氮化物薄膜及其制备方法，与传统叠氮化物和经碳材料改性后的叠氮化物相比，该材料感度较低，且薄膜材料易被裁剪加工成型。在具备良好安全性的同时，更适用于mems微装药。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：设计并制备了一种mof基叠氮化物薄膜。该薄膜以mof材料为金属源前驱体，采用静电纺丝技术，经后续碳化、原位叠氮化过程制备获得。
3、上述mof基叠氮化物薄膜的制备方法，其具体步骤如下：
4、步骤一、将一定浓度的易纺丝高分子材料溶于溶剂中，在一定温度下搅拌一定时间，待完全溶解后，将溶液置于带有喷头的推注器内，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，将薄膜置于烘箱中烘干，然后放入管式炉中，在800℃下煅烧30min，并持续通入氮气，获得碳基薄膜。
5、步骤二、将步骤一中的碳基薄膜置于高温反应釜中，加入金属盐溶液和配体，在特定温度下溶剂热反应一定时间，在碳基薄膜上原位生长mof材料，并再次置于管式炉中煅烧得到碳化后的金属基薄膜。
6、步骤三、将叠氮化钠与硬脂酸置于双口圆底烧瓶中，混合均匀，并连接叠氮化反应器。将步骤二中得到的金属基薄膜置于单向通气的反应器中，叠氮化钠和硬脂酸反应产生的叠氮酸气体通入装有金属基薄膜的反应器中，在高温条件下叠氮化反应一定时间后最终可得到mof基叠氮化物薄膜。
7、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丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯。
8、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5～10％。
9、在一个优选的技术方案中，所述的步骤一中溶剂包括二甲基甲酰胺(dmf)、乙醇、甲醇、丙酮、二甲基亚砜，以及去离子水。
10、在一个优选的技术方案中，所述的步骤一中的反应温度为50～90℃，搅拌时间为2～8h。
11、在一个优选的技术方案中，所述的步骤一中的负电压为-2kv，正电压为8～20kv，推柱速率为0.05～0.2mm/min。
12、在一个优选的技术方案中，所述的步骤二中mof包括cu-mof、pb-mof和ag-mof。其中，cu-mof制备所涉及的金属盐包括硝酸铜、乙酸铜，配体包括均苯三甲酸、对苯二甲酸、2-甲基咪唑、2-氨基对苯二甲酸；pb-mof制备所涉及的金属盐包括硝酸铅、乙酸铅，配体包括均苯三甲酸、对苯二甲酸、2-甲基咪唑、2-氨基对苯二甲酸；ag-mof制备所涉及的金属盐包括硝酸银、乙酸银，配体包括均苯三甲酸、对苯二甲酸、2-甲基咪唑、2-氨基对苯二甲酸。
13、在一个优选的技术方案中，所述的步骤二中反应温度为90～150℃；反应时间为6～24h。
14、在一个优选的技术方案中，所述的步骤二中煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为10～60min。
15、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1～36h。
16、本专利技术的原理是：通过静电纺丝技术制备原位生长有mof材料的叠氮化物基薄膜，利用mof丰富的孔结构和大比表面积均匀负载金属颗粒，避免粒子团聚，减少静电积累。煅烧后的碳骨架也具有良好的导热、导电性能。且采用静电纺丝技术得到的薄膜材料易加工成型，通过后期叠氮化过程，即可制备得到具有更高安全性能的mof基叠氮化物薄膜。
17、本专利技术的有益效果如下：
18、(1)本专利技术所述的mof基叠氮化物薄膜采用在碳基薄膜上原位生长mof材料的方法制备获得，可有效避免金属颗粒的团聚，减少静电积累，从而增加了静电安全性。且制备工艺较简单，可实现批量化生产；
19、(2)本专利技术所述的mof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。同时，静电感度较叠氮化物原料相比有大幅下降，安全性能显著提升，并能成功起爆cl-20等高能炸药，较好实现了安全性与能量特性的制衡。
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【技术保护点】
1.一种MOF基叠氮化物薄膜，其特征在于所述的MOF基叠氮化物薄膜是以MOF材料为金属源前驱体，采用静电纺丝技术，经后续碳化、原位叠氮化过程制备获得。
2.根据权利要求1所述的MOF基叠氮化物薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤一中静电纺丝前驱液中高分子溶液的浓度为5～10％。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤一中静电纺丝负电压为-2kV,正电压为8～20kV；推柱速率为0.05～0.2mm/min。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤二中金属盐和配体包括硝酸铜、乙酸铜、硝酸铅、乙酸铅、硝酸银、乙酸银、均苯三甲酸、对苯二甲酸、2-甲基咪唑、2-氨基对苯二甲酸。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤二中管式炉煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为10～60min。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤三中叠氮化的反应温度为100～150℃，反应时间为1～36h。
【技术特征摘要】
1.一种mof基叠氮化物薄膜，其特征在于所述的mof基叠氮化物薄膜是以mof材料为金属源前驱体，采用静电纺丝技术，经后续碳化、原位叠氮化过程制备获得。
2.根据权利要求1所述的mof基叠氮化物薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤一中静电纺丝前驱液中高分子溶液的浓度为5～10％。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤一中静电纺丝负电压为-2kv,正电压为8～20kv；推柱速...
【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，
类型：发明
国别省市：
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