CN110201617A - 一种高能反应启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高能反应启动方法，通过微波辐照启动高能反应，高能反应包括引发剂A与高能反应物B；引发剂A包括高介电损耗材料；引发剂A的介电损耗因数大于10×10‑4。本发明打破传统启动方式的局限，通过微波触发高介电损耗材料产生高温快速启动高能反应，是一种安全、高效、灵活可控的启动方法，有助于可促进和拓宽此类高能反应的应用场景和范围。
Description
技术领域
本发明属于高能反应技术领域，具体涉及一种高能反应启动方法。
背景技术
高能反应具有特殊应用场景和价值，如：高能反应经常用于冶炼高熔点金属、焊接钢轨等方面，这类反应需在至少800～1000℃的严格条件下才能引发。常见的铝热反应(采用金属铝粉与某些金属氧化物(三氧化二铁等)在高温条件下发生剧烈放热反应，反应温度可达2500～3000℃)一般需要把燃烧的镁条插入盖有氯酸钾催化剂的铝热剂中或使用高温喷枪等直接加热铝热剂来产生高温启动反应。但是，这些启动方法对高能反应的控制缺乏灵活性，而且具有风险性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高能反应启动方法，通过微波触发高介电损耗材料产生的高温快速启动高能反应，是一种安全、高效、灵活可控的启动方法，有助于促进和拓宽此类高能反应的应用场景和范围。
本发明采用以下技术方案：
一种高能反应启动方法，包括引发剂A与高能反应物B，引发剂A包括高介电损耗材料，高介电损耗材料的介电损耗因数大于10×10-4；将引发剂A与高能反应物B混合或机械压合后通过微波辐照启动反应。
具体的，高介电损耗材料包括还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨、铁氧体粉、羰基铁粉、超微金属粉、碳化硅粉、碳化硅纤维、氧化硅、硅和金属纤维中的至少一种。
具体的，引发剂A包括粉体、块体和薄膜中的至少一种。
具体的，引发剂A与高能反应物B的质量比大于等于1％。
具体的，高能反应物B包括铝热试剂或镁热试剂，铝热试剂包括铝粉和金属氧化物，镁热试剂包括镁粉和金属氧化物。
进一步的，金属氧化物包括Fe2O3、Fe3O4、MnO2、Cr2O3和V2O5中的至少一种。
具体的，微波辐照在空气、其他气氛或真空环境中进行，其他气氛包括氮气、氩气、氦气和氨气中的至少一种。
进一步的，微波辐照采用直接开启方式或遥控开启方式。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种高能反应启动方法，利用微波触发引发剂A产生高温或热等离子体，从而启动高能反应，无需使用传统氧化还原反应试剂(如空气中点燃的镁条)和添加催化剂(如氯酸钾)，也无需直接依赖高温明火(如高温喷枪火焰)，只需通过很少量的高介电损耗材料，就可实现高能反应的安全、高效、灵活可控的绿色启动，通过精确控制微波辐照参数、发生时间和方式，可实现高能反应启动的电子精确控制，具有普适性，可应用于任何高能反应，有助于扩大高能反应的应用场景和范围。
进一步的，高介电损耗材料可适应不同的应用场景。
进一步的，引发剂A的形式不限，可为粉体、块体或固体膜，这提高了该方法应用的安全性、灵活性、适应性，并且绿色环保。高能反应物一般为粉体，粉体引发剂A可直接与高能反应物混合或机械压合，因为只有微波才能触发引发剂，提高了启动高能反应的安全性；高能反应物和引发剂都是粉体，经充分混合后可压制成不同形状，提高了高能反应应用的灵活性和适应性。同时，由于没有使用任何溶剂，不会产生泄漏和废液，除了易于运输和保存，还消除了对环境可能造成的污染隐患，具有绿色环保的特点。
进一步的，启动高能反应使用越少的引发剂，可提升整体的高能反应的能量密度。本发明启动方法可将引发剂最少低至1％的质量占比。
进一步的，通过定向微波辐照，可实现高能反应启动的非接触、远距离遥控方式，完全不受限于传统启动方法中危险化学试剂或高温明火的直接使用，极大地拓宽了高能反应的应用场景和范围。
进一步的，通过定向微波辐照，可实现高能反应启动的非接触或远距离模式。
综上所述，本发明打破传统启动方式的局限，不受所处气氛条件的影响，可在空气中，也可在惰性气体中，甚至可在真空下启动高能反应，安全、高效、灵活可控，可促进和拓宽高能反应的应用场景和范围。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施过程示意图；
图2为本发明实施过程的效果图。
具体实施方式
本发明提供了一种高能反应启动方法，利用石墨烯作为引发剂，在微波触发下即可迅速启动铝热、镁热等高能反应。本发明安全、高效、灵活可控，可采用非接触、远距离遥控的方式，完全不受限于传统启动方法中危险化学试剂或高温明火的直接使用，极大地拓宽了高能反应的应用场景和范围。
请参阅图1，本发明一种高能反应启动方法，包括以下步骤：
S1、引发剂A准备；
引发剂A包括但不限于还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨、铁氧体粉、羰基铁粉、各种超微金属粉、碳化硅粉、碳化硅纤维、氧化硅、硅和金属纤维吸波材料中的至少一种；引发剂A的存在形式为粉体、块体和薄膜中的至少一种。
S2、将步骤S1的引发剂A与高能反应物B均匀混合或机械压合；
高能反应物B包括但不限于铝热试剂和镁热试剂。其中，铝热和镁热试剂主要包括铝粉或镁粉分别与Fe2O3、Fe3O4、MnO2、Cr2O3及V2O5等金属氧化物中的至少一种混合而成。
引发剂A的种类及与高能反应物B的质量比和微波功率可用于调节反应剧烈程度。
引发剂A与高能反应物B可以是粉体均匀混合，也可以是两者的简单混合，如粉体和粉体，或粉体与块体等的堆层，还可以是将两者用机械力压合在一起的块体。
S3、在空气或设定气氛中，使用微波辐照步骤S2中A和B的混合物，即刻启动高能反应。
利用微波作用快速启动高能反应，所用微波发生装置可以是家用微波炉、工业微波炉，也可以是特制的任何微波发生装置，微波能量触发引发剂产生高温，从而启动高能反应。
微波作用于引发剂，可以是非接触近距离辐照，也可以是非接触远距离遥控定向辐照。
反应空间可以密闭，也可以开放；设定气氛可以为真空环境，也可为非真空环境，例如：可以是氮气环境、可以是由氩气与氨气组成的混合环境。
微波的功率可根据作用方式及反应剧烈程度在10～100瓦或100瓦以上调节，触发时间可短至1秒钟以下。
本发明利用具有高介电损耗因数的吸波材料(例如：石墨烯)可高效吸收微波产生高温或热等离子体的特点来启动高能反应，是一种安全、高效、灵活可控的启动方法，有助于促进和拓宽高能反应的应用场景和范围。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供的高能反应启动方法(引发剂与高能反应物的质量比为1:12)，包括以下步骤：
S1、将3mg石墨烯，20mg氧化石墨烯和2mg石墨粉混合组成引发剂；
S2、将步骤S1中所得引发剂加入到0.3g铝热剂(Al与Fe2O3的质量比为1:3)中，得到混合物；
S3、将步骤S2中得到的混合物置于微波发生反应装置中(空气气氛)，调节微波功率为800瓦，可迅速启动该铝热反应。
本实施例中启动高能反应的方法成功实施，说明本发明的启动方式无需依赖外界明火及催化剂的辅助，是一种新的安全、高效的引发方式。
实施例2
本实施例提供的高能反应启动方法(引发剂与高能反应物的质量比为1：100)，包括以下步骤：
S1、取1mg石墨烯作为引发剂；
S2、将步骤S1中所得引发剂加入到0.10g铝热剂(Al与Fe2O3的质量比为1:3)中，得到混合物；
S3、将步骤S2中得到的混合物置于微波发生装置中(空气气氛)，调节功率为800瓦，可迅速启动该铝热反应。
其中，请参阅图2，铝热剂反应前为粉末状，加入引发剂，微波启动反应之后变为具有金属光泽的小颗粒，这些颗粒可以被磁铁吸引，说明本发明的方法可成功启动铝热反应。
本实施例的高能反应成功启动，进一步说明本发明的方法启动效率高，可进一步提高该高能反应物的能量密度。
实施例3
本实施例提供的高能反应启动方法(引发剂与高能反应物的质量比为11:125)，包括以下步骤：
S1、将20mg石墨烯与2mg碳纳米管混合，组成引发剂；
S2、将步骤S1中所得引发剂加入到0.25g铝热剂(Al与Fe2O3的质量比为1:3)中，得到混合物；
S3、将步骤S2中得到的混合物置于微波发生装置中(氩气气氛)，调节功率为800瓦，可迅速启动该铝热反应。
在氩气中能启动本实施例的高能反应，说明本发明中启动该高能反应的气氛不局限于空气，可进一步拓宽其实际应用的范围。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高能反应启动方法，其特征在于，包括引发剂A与高能反应物B，引发剂A包括高介电损耗材料，高介电损耗材料的介电损耗因数大于10×10-4；将引发剂A与高能反应物B混合或机械压合后通过微波辐照启动反应。
2.根据权利要求1所述的高能反应启动方法，其特征在于，高介电损耗材料包括还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨、铁氧体粉、羰基铁粉、超微金属粉、碳化硅粉、碳化硅纤维、氧化硅、硅和金属纤维中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高能反应启动方法，其特征在于，引发剂A包括粉体、块体和薄膜中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高能反应启动方法，其特征在于，引发剂A与高能反应物B的质量比大于等于1％。
5.根据权利要求1所述的高能反应启动方法，其特征在于，高能反应物B包括铝热试剂或镁热试剂，铝热试剂包括铝粉和金属氧化物，镁热试剂包括镁粉和金属氧化物。
6.根据权利要求5所述的高能反应启动方法，其特征在于，金属氧化物包括Fe2O3、Fe3O4、MnO2、Cr2O3和V2O5中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的高能反应启动方法，其特征在于，微波辐照在空气、其他气氛或真空环境中进行，其他气氛包括氮气、氩气、氦气和氨气中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的高能反应启动方法，其特征在于，微波辐照采用直接开启方式或遥控开启方式。
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