CN105016935A - 含能材料的结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明还涉及一种含能(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。

Description

含能材料的结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及含能(或高能)材料的结构及其制备方法。具体地但非排它性地，本发明涉及含能材料的防水层状结构及其制备方法。
背景技术
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。
发明内容
根据本发明的第一方面，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。
根据本发明的第二方面，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。
本发明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发明。
附图说明
图1是示出本发明第一实施例的示意图；
图2是示出本发明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)测试结果的图像。
具体实施方式
本发明涉及一种用于制备含能(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。
本发明还涉及一种含能(或高能))材料的结构。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。
具体地，本发明涉及开发具有层状或夹层结构的防水纳米含能材料(nEM)阵列。防水nEM阵列能够在nEMs的放热反应之前和期间防止湿气和/或水渗入到复合材料内，从而使得nEMs可在实践上应用于潮湿环境中或水下。
更具体地，本发明提供用于合成防水层状nEM阵列的简便方法。合成的nEM阵列表现出优异的性能，包括低引发温度，高的放热量，高的气体生成率，快的反应传播速率，并且适合长期储存。
图1示出了制备本发明nEM阵列的第一实施例的步骤。在如图中所示的第一步骤中，将金属氧化物沉积于基材10上以便形成金属氧化物的纳米结构阵列12，所述金属氧化物诸如二氧化锰(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)、二氧化锡(SnO2)或其混合物。在该实施例中，金属氧化物纳米结构12为细长的结构，例如为纳米棒和纳米线阵列的形式(参见图1的步骤1)。然而，应当意识到的是，也可应用其它尺寸(例如微米级)或其它形状或构造的纳米结构，只要本领域的专业人员认为它们适用于该目的即可。在该实施例中，每根纳米棒的长度为约100纳米至100微米，以及每根纳米棒的直径或宽度为约10纳米至500纳米。
在形成金属氧化物层之前，诸如硅晶片的基材10预先用适于表面处理的已知清洁步骤进行清洁，例如通过在超声振动下用溶剂进行洗涤。在清洁和干燥之后，可通过沉积方法来形成金属氧化物层，所述沉积方法诸如物理气相沉积法(例如，溅射、电子束蒸发、热蒸发)、水热合成法、化学沉淀法、一种或多种前驱体的固态热转化、电化学方法。应该意识到的是，不应当将本发明限制到如在具体实施例中所述的沉积方法，而是本领域的专业人员应当理解到的是，“形成(forming或formation)”、“沉积(deposit或deposition)”金属氧化物的效果可由任何可能的化学和/或物理的表面处理方法所导致，只要它们被认为是适用于该相关领域即可。术语“形成(forming或formation)”、“沉积(deposit或deposition)”可包括物理表面涂层、化学沉积、化学蚀刻，或使得层在基材表面上原位生长。
在第二步骤中，燃料材料14沉积到金属氧化物阵列12和基材10上以便覆盖金属氧化物纳米结构12，其中所述燃料材料14可以是当与金属氧化物反应时能够释放热能的任何物质。如图1的步骤2中所示，金属氧化物纳米棒12由一层燃料材料14覆盖和包封以便形成核-壳棒状结构。在该实施例中，每一棒状金属氧化物/燃料材料的核-壳结构的长度为约110纳米至102微米，以及其直径或宽度为约20纳米至2.5微米。
燃料材料的实例包括但不限于金属，诸如铝(Al)、镁(Mg)或其混合物。燃料材料的沉积可通过例如在真空下的热蒸发或在诸如氩气的惰性气体流动的情况下的溅射来进行。同样，应该意识到的是，并不应当将本发明限制到如在该实施例中所述的特定沉积方法。任何其它合适的化学和/或物理表面处理方法也应当由本发明所涵盖，只要它们被认为是适用于该目的即可。
在第三步骤中，将一层疏水材料进一步沉积到金属氧化物/燃料材料的核-壳结构的阵列上，以便包封燃料材料和金属氧化物，从而形成被包封的金属氧化物/燃料材料/疏水材料的纳米结构阵列(参见图1的步骤3)。所述疏水材料防止湿气和/或水渗入到燃料材料层内，从而为nEMs提供防水性。疏水材料包括但不限于诸如三氯(1H，1H，2H，2H-全氟辛基)硅烷(PFOCTS)的氟硅烷(FAS)、聚四氟乙烯(PTFE，即特氟纶)、烷基烯酮二聚物(AKDs)、聚(烷基吡咯)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或其混合物。同样，应该意识到的是，并不应当将本发明限制到如在该实施例中所述的疏水材料。任何其它合适的疏水材料也应当由本发明所涵盖，只要它们被认为是适用于该目的即可。由疏水层与纳米阵列结构一起提供的包封使得nEMs具备超强的防水性。在该实施例中，每一包封的纳米结构的长度为约112纳米至102微米，其直径或宽度为约22纳米至2.5微米。
沉积疏水材料以便包封燃料材料和金属氧化物内层的步骤可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、基于溶液的方法(比如浸涂)或被认为是适用于该目的的任何其它表面处理方法来进行。
也可在每一沉积步骤之前包括清洁步骤。应该意识到的是，清洁所处理过的表面的常规方法是本领域内已知的，且将取决于处理的类型和所使用的材料等。
图2示出本发明的另一实施例。在该实施例中，首先将一层前驱体材料22沉积到基材20上。前驱体材料22包括第一层薄的粘附层，例如但不限于氧化铜(CuO)、钛(Ti)、钽(Ta)和铬(Cr)，接着是第二层金属层，例如但不限于铜(Cu)、铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)。然后使得基材20上的金属层在较高的温度下氧化以便使得金属氧化物的纳米结构阵列24生长(参见图2的步骤1)。
具体地，第一层粘附层可通过溅射、电子束蒸发、或热蒸发来沉积，并且第二层金属层可通过溅射、电子束蒸发、热蒸发或电镀来沉积。然而，应该意识到的是，并不应当将沉积方法限制到如在该实施例中所述的特定实例。任何适当的化学和/或物理表面处理方法也应当由本发明所涵盖，只要它们被认为是适用于该目的即可。
接下来的步骤是沉积燃料材料层26以便覆盖所述金属氧化物纳米结构24(如图2的步骤2中所示)，并随后沉积疏水材料层28来包封金属氧化物/燃料材料的纳米结构。这些步骤的方法和过程类似于在第一实施例中所论述的那些，因此将不在此进行重复。
实例
实例1：
将2.91克的Co(NO3)2.6H2O溶于7.5毫升的去离子(DI)水中。然后将40毫升25％浓度的氨水缓慢地滴入到用磁力搅拌的溶液中。将溶液搅拌30分钟之后，将其转移到培养皿中。将硅晶片浸渍，并以与培养皿底部相距3毫米的距离支撑在溶液内。将处于培养皿中溶液内的晶片在90℃下的干燥炉中保持13个小时。然后将晶片取出，小心地用去离子(DI)水洗涤，并在炉中加热至250℃保持4个小时。在热处理过程中，氧化钴(Co3O4)纳米棒阵列在硅晶片的表面上生长，如图3的扫描电子显微(SEM)照片中所示。然后通过在4.5×10-6毫巴的真空水平下的热蒸发将Al沉积到氧化钴(Co3O4)纳米棒上，从而获得在硅基材上的Co3O4/Al核-壳纳米结构的阵列，如图4的扫描电子显微(SEM)照片中所示。
然后用PFOCTS(化学分子式CF3(CF2)5CH2CH2-Si(Cl)3)对Co3O4/Al核-壳纳米结构阵列的表面进行改性以便降低表面自由能。将样品浸没在室温下的1mM PFOCTS的己烷溶液中保持30分钟，以便获得Co3O4/Al/PFOCTS夹层nEMs阵列。
通过差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)测量合成的nEMs阵列的反应热，DSC是一项用于确定当样品在受控的气氛中经受温度扫描时由样品所输出或吸入的热量的技术。在75毫升/分钟的氩气流动的情况下以5℃/分钟的速率从40至680℃执行差示扫描量热法(DSC)测试。图5示出所得到的DSC曲线，其示出2383焦耳/克的反应热，这表明合成的nEMs的非常高的放热特性。主要放热反应的起始反应温度约为520℃，其低于铝(Al)的熔融温度(约660℃)这表明是固-固反应。在约660℃下的吸热峰对应于剩余铝(Al)的熔化。
还通过附有CCD相机和DROP图像先进软件的Ramè-Hart model型号500在室温下对合成的nEM阵列的水滴接触角(WDCA)进行测量。用5μL体积的DI水液滴来测量静态接触角(CA)。如图6中所示，水滴在合成的nEM阵列上的CA是156°，这证实了合成的nEM的超疏水特性。根据Wenzel模型和/或Cassie-Baxter模型，众所周知的是当疏水材料(即在该实例中为PFOCTS)沉积到纳米纹理(在该实例中为Co3O4/Al纳米棒)上，将形成超疏水表面。
实例2：
通过溅射将100纳米厚的氧化铜(CuO)沉积到硅基材上，接着通过电子束蒸发沉积1微米的铜(Cu)。在加热炉中使得具有CuO/Cu膜的基材在静态空气中在400℃下热氧化12个小时以便生长CuO膜/纳米线，如图7的扫描电子显微(SEM)照片中所示。然后通过热蒸发将具有1微米厚度的铝围绕CuO纳米线沉积以便获得CuO/Al纳米结构阵列，如图8的扫描电镜显微(SEM)照片中所示。接着通过溅射将10nm厚的PTFE(聚四氟乙烯)沉积到氧化铜/铝纳米结构阵列上以便形成CuO/Al/PTFE nEM阵列。
通过差示扫描量热法(DSC)测量合成的nEM阵列的反应热。图9示出2322焦耳/克的高反应热。在室温下还测量nEM阵列的WDCA，其具有161°的值，如图10中所示，这证实了合成的nEM阵列的超疏水特性。
在实际应用时，当nEM阵列被引发时，nEM的燃料材料将与金属氧化物以快速的反应速度反应来释放出大量的热量和气体。外侧疏水层的低表面能量与纳米阵列结构一起提供优异的防水性，这允许nEM阵列可在潮湿环境中或水下使用。此外，由稳定且低表面能量的外层进行的包封还允许nEM阵列适于长期储存，且仍保持放热反应性能。
防水夹层结构的nEM阵列在民用和军事领域中有较好的应用前景，包括汽车安全气囊、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(arms fire)，以及在导弹或火箭中使用的安全装置和战斗部。它们尤其适用于在潮湿的或水下环境中使用，诸如海上钻井、水下焊接/气焊/切削、采矿，在潮湿或水下环境中的电源以及适于水下使用的弹药。
应当理解的是，上述仅仅示出和描述了执行本发明的实例，但是在不脱离本发明精神实质的情况下可对其进行修改和/或替换。
还应当理解的是，为了清楚起见在单独实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为了简洁起见在单个实施例的上下文中描述的本发明的各个特征也可单独地或以任何合适的子组合的方式提供。

Claims (38)

1.一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。
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，其特征在于所述金属氧化物层包括以下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)。
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。
7.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。
8.根据权利要求7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。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述粘附层包括氧化铜(CuO)，钛(Ti)，钽(Ta)，铬(Cr)或其混合物。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述金属层包括铜(Cu)，铁(Fe)，钴(Co)，镍(Ni)或其混合物。
11.根据权利要求8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。
12.根据权利要求8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。
13.根据权利要求7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。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述燃料材料层包括至少一种燃料材料。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述至少一种燃料材料为金属。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述金属选自包括于铝(Al)、镁(Mg)及其混合物的组。
17.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的步骤是通过热蒸发和溅射中的至少一种来执行的。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于所述热蒸发是在真空下进行的。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于所述溅射是在惰性气体流中进行的。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于所述惰性气体包括氩气。
21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于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)。
22.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述金属氧化物/燃料层和所述金属氧化物/燃料/疏水材料层包括微米级或纳米级结构。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于所述微米级或纳米级结构是细长形状的。
24.根据权利要求22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。
25.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包封所述金属氧化物/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。
26.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括在形成所述金属氧化物层的步骤之前清洁所述基材的步骤。
27.一种含能材料的结构，其包括：
在基材上形成的第一层，覆盖所述第一层的第二层，以及包封所述第二层的第三层，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。
28.根据权利要求27所述的结构，其特征在于所述第一层包括微米级或纳米级结构。
29.根据权利要求28所述的结构，其特征在于所述微米级或纳米级结构是细长形状的。
30.根据权利要求28所述的结构，其特征在于所述微米级或纳米级结构为阵列的形式。
31.根据权利要求27所述的结构，其特征在于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)。
32.根据权利要求27所述的结构，其特征在于所述至少一种燃料材料为金属。
33.根据权利要求32所述的结构，其特征在于所述金属选自于包括铝(Al)、镁(Mg)及其混合物的组。
34.根据权利要求27所述的结构，其特征在于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)。
35.根据权利要求34所述的结构，其特征在于所述氟硅烷包括三氯(1H，1H，2H，2H-全氟辛基)硅烷。
36.根据权利要求27所述的结构，其特征在于所述结构包括微米级或纳米级结构。
37.根据权利要求36所述的结构，其特征在于所述微米级或纳米级结构是细长形状的。
38.根据权利要求36所述的结构，其特征在于所述微米级或纳米级结构为阵列的形式。
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