CN106847671B - 消除叠层材料预混层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除叠层材料预混层的方法，所述的方法包括以下步骤：当叠层材料为金属叠层材料时，在所述金属叠层材料的每两种金属材料层之间设置一层非金属材料层或半导体材料层，消除所述金属叠层材料的预混层；或者，当叠层材料为非金属叠层材料时，在所述非金属叠层材料的每两种金属与非金属材料之间设置一层组成金属氧化物的对应金属材料层，消除所述非金属叠层材料的预混层。本发明在金属叠层材料中加入非金属材料或者半导体材料，在非金属叠层材料中，通过在金属与非金属材料间添加组成金属氧化物的相应金属材料，从而达到消除叠层材料预混层的效果。

Description

消除叠层材料预混层的方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种消除叠层材料预混层的方法。
背景技术
亚稳态分子间混合物(metastable intermolecular composites，MIC)又称“超级铝热剂”，由氧化剂和燃料组分的纳米级颗粒组成，具有高放热性质，其能量输出是一些高级炸药的两倍，爆发威力从10kW/mL～10GW/mL可调，反应波波阵面传播速度从0.1m/s～1500m/s可调，且反应区温度超过3000K，因此在纳米焊接、火工药剂等领域具有广阔的应用前景，成为近年的研究热点。
叠层材料是金属材料与金属或非金属材料按照一定厚度比例交替沉积的材料，为MIC的一种结构，其制备过程简单，通常利用不同金属间物理性质的差异或者发生反应的难易程度来实现其对电能的吸收及热量的累积等过程。然而，由于分子的热运动，叠层材料在制备或储存过程中，在不同材料的接触界面间会形成预混层。研究结果表明，预混层的存在会降低反应性叠层材料的放热性和燃烧速率，而且随着叠层材料制备过程中温度的升高及时间的延长其厚度相应增加，从而改变材料间的反应行为，进而影响叠层材料的性能。因此，消除叠层材料中存在的预混层是提高MIC能量输出性能的关键。
叠层材料分为金属叠层材料(金属与金属组成)和非金属叠层材料(金属与金属氧化物组成)两种类型。其中，金属与金属材料组成的叠层材料，由于金属离子的活跃性，预混层会在制备和储存过程中自发形成。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种消除叠层材料预混层的方法。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种消除叠层材料预混层的方法，所述的方法包括以下步骤：
当叠层材料为金属叠层材料时，在所述金属叠层材料的每两种金属材料层之间设置一层非金属材料层或半导体材料层，将所述非金属材料层或半导体材料层作为过渡材料，通过降低金属材料的活性，消除所述金属叠层材料的预混层；或者，
当叠层材料为非金属叠层材料时，在所述非金属叠层材料的每两种金属与非金属材料之间设置一层组成金属氧化物的对应金属材料层，将所述金属材料层作为过渡材料，用于阻挡金属与非金属材料间的氧原子扩散，消除所述非金属叠层材料的预混层。
更进一步的技术方案是当叠层材料为金属叠层材料时，过渡材料包括：石墨、金刚石、石墨烯、碳化硅、氮化硅或硅。
更进一步的技术方案是当叠层材料为金属叠层材料时，所述过渡材料的制备方式与所述金属叠层材料的制备方式一致。
更进一步的技术方案是当所述金属叠层材料采用化学气相沉积方法制备时，则所述过渡材料采用化学气相沉积方法或者与所述化学气相沉积方法相匹配的方法制备。
更进一步的技术方案是当叠层材料为金属叠层材料时，所述非金属材料层或半导体材料层的厚度为5nm-30nm。
更进一步的技术方案是当叠层材料为非金属叠层材料时，所述过渡材料的制备方式与所述金属叠层材料的制备方式一致。
更进一步的技术方案是当所述非金属叠层材料采用物理气相沉积方法制备时，则所述过渡材料采用物理气相沉积方法或者与所述物理气相沉积方法相匹配的方法制备。
更进一步的技术方案是当叠层材料为非金属叠层材料时，所述金属材料层的厚度为5nm-30nm。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果之一是：本发明在金属叠层材料中加入非金属材料或者半导体材料，将其作为过渡材料，通过降低材料的活性可以达到消除金属叠层材料预混层的效果。在非金属叠层材料中，通过在金属与非金属材料间添加组成金属氧化物的相应金属材料，将其作为过渡材料，用以阻挡金属与非金属材料间的氧原子扩散，从而达到消除非金属叠层材料预混层的效果。
附图说明
图1为本发明现有技术中叠层材料结构示意图。
图2为本发明消除叠层材料预混层结构示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式进行详细描述。
根据本发明的一个实施例，本实施例公开一种消除叠层材料预混层的方法，如图1所示，现有技术中，叠层材料一般包括组成叠层材料的金属材料层1或非金属材料层2，叠层材料之间会产生预混层3。而本实施例消除叠层材料预混层的方法通过以下步骤：
当叠层材料为金属叠层材料时，在金属叠层材料中加入非金属材料或者半导体材料，将其作为过渡材料，通过降低金属材料的活性以达到消除预混层的目的。
而在金属与非金属材料组成的叠层材料中情况却不尽相同，特别是活性较高的金属(Al、Mg等)与金属氧化物(CuO、Fe2O3等)交替沉积的材料，由于金属活性较高，因此极易捕获金属氧化物中的氧原子从而形成预混层。当叠层材料为非金属叠层材料时，本实施例在非金属叠层材料中，通过在金属与非金属材料间添加组成金属氧化物的相应金属材料，将其作为过渡材料，用以阻挡金属与非金属材料间的氧原子扩散，从而达到消除预混层的目的。
如图2所示，当实施本实施例的消除叠层材料预混层的方法后，组成叠层材料的金属材料层1或非金属材料层2，两者之间为消除预混层所用的过渡材料层4(金属或非金属材料)。
本实施例中消除叠层材料预混层的材料可以是金属材料(如Cu等)或非金属材料(如石墨、金刚石、石墨烯、碳化硅、氮化硅、硅等)。
具体的，当叠层材料为金属叠层材料(如Al/Ni、Al/Cu、Cu/Ni等)时，则可以选择石墨、金刚石、石墨烯、碳化硅、氮化硅、硅等非金属材料作为过渡材料来达到消除预混层的效果。其中，该过渡材料的制备方式与金属叠层材料制备方式相匹配，即，若叠层材料采用化学气相沉积方法制备时，则该过渡材料可以采用化学气相沉积方法或者其它与化学气相沉积方法相匹配的方法制备。例如，当组成金属叠层材料的金属为Cu或Ni时，可采用化学气相沉积方法在其上直接制备石墨烯作为过渡材料，还可以选择在金属基底上涂覆石墨烯溶液的方法制备，而后再进行后续材料的制备。过渡材料的沉积厚度优选为5nm-30nm。
进一步的，当叠层材料为非金属叠层材料(如Al/CuO、Al/Fe2O3、Al/MoO3等)时，则可以将组成金属氧化物的相应金属材料作为过渡材料来达到消除预混层的效果。其中，该过渡材料的制备方法与非金属叠层材料制备方法相匹配，即，若非金属叠层材料采用物理气相沉积方法制备时，则该过渡材料可以采用物理气相沉积方法或其它与物理气相沉积方法相匹配的方法制备。以Al/CuO叠层材料为例，在Al和CuO材料之间沉积一定厚度的Cu作为过渡材料来阻挡Al捕获CuO中的氧原子从而抑制三氧化二铝的形成。若Al和CuO采用物理气相方法(磁控溅射、热蒸发等)制备，则过渡金属Cu可选择与之相同的物理气相方法或者电镀等方法制备，优选的，该过渡材料的沉积厚度为5nm-30nm。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种消除叠层材料预混层的方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
当叠层材料为金属叠层材料时，在所述金属叠层材料的每两种金属材料层之间设置一层非金属材料层或半导体材料层，将所述非金属材料层或半导体材料层作为过渡材料，通过降低金属材料的活性，消除所述金属叠层材料的预混层；其中所述金属叠层材料为金属材料与金属材料按照一定厚度比例交替沉积的材料，加入所述过渡材料后，组成金属叠层的两层金属材料层之间为消除预混层所用的过渡材料层；或者，
当叠层材料为非金属叠层材料时，在所述非金属叠层材料的每两种金属与非金属材料之间设置一层组成金属氧化物的对应金属材料层，将所述金属材料层作为过渡材料，用于阻挡金属与非金属材料间的氧原子扩散，消除所述非金属叠层材料的预混层，其中所述非金属叠层材料为金属材料与非金属材料按照一定厚度比例交替沉积的材料，所述非金属材料为金属氧化物，而所述过渡材料则为组成金属氧化物的对应的金属材料，加入所述过渡材料后，组成非金属叠层的金属层与金属氧化物层之间为消除预混材料层所用的过渡材料层，即为组成金属氧化物的对应的金属材料层。
2.根据权利要求1所述的消除叠层材料预混层的方法，其特征在于当叠层材料为金属叠层材料时，所述过渡材料包括：石墨、金刚石、石墨烯、碳化硅、氮化硅或硅。
3.根据权利要求1所述的消除叠层材料预混层的方法，其特征在于当叠层材料为金属叠层材料时，所述过渡材料的制备方式与所述金属叠层材料的制备方式一致。
4.根据权利要求3所述的消除叠层材料预混层的方法，其特征在于当所述金属叠层材料采用化学气相沉积方法制备时，则所述过渡材料采用化学气相沉积方法制备。
5.根据权利要求1所述的消除叠层材料预混层的方法，其特征在于当叠层材料为金属叠层材料时，所述非金属材料层或半导体材料层的厚度为5nm-30nm。
6.根据权利要求1所述的消除叠层材料预混层的方法，其特征在于当叠层材料为非金属叠层材料时，所述过渡材料的制备方式与所述金属叠层材料的制备方式一致。
7.根据权利要求6所述的消除叠层材料预混层的方法，其特征在于当所述非金属叠层材料采用物理气相沉积方法制备时，则所述过渡材料采用物理气相沉积方法制备。
8.根据权利要求1所述的消除叠层材料预混层的方法，其特征在于当叠层材料为非金属叠层材料时，所述金属材料层的厚度为5nm-30nm。
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