CN113618272A - 花状核壳结构复合含能材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

花状核壳结构复合含能材料及其制备方法。该方法包括：将氯化镍、柠檬酸三钠和氨水形成的混合溶液转移到水热反应釜进行水热反应；将水热反应产物离心分离并干燥后得到前驱体；将所得前驱体煅烧后得到空心花状NiO；再将所得空心花状NiO和纳米Al粉超声分散于乙醇中形成悬浮液；干燥所得悬浮液后即得Al/NiO复合含能材料或铝热剂。本发明制备的花状核壳结构铝热剂能有效增加Al粉与NiO的接触面积，显著提高铝热剂的热反应性能及能量释放效率和速率。

Description

花状核壳结构复合含能材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝热剂及其制备方法。
背景技术
铝热剂是由金属铝颗粒和金属氧化物组成的混合物，由于其具有高能量密度与高反应活性等优点，被广泛应用于点火、微推以及焊接等领域。但普通铝热剂往往存在颗粒分散不均匀、燃烧速度慢，放热不集中等缺点，不能很好满足高性能铝热剂的应用需求。
为了强化铝热剂的性能，实现高能量密度和高静电安全性的统一，研究发现，增加燃料和氧化剂接触面积可提高纳米复合含能材料的反应速率，因此，将燃料和氧化剂组装成致密和有序排列结构的形式最近受到极大关注。目前，制备不同形状NiO的方法主要有溶胶-凝胶法、电泳沉积法、液相还原法、自组装法等，这些制备方法各有千秋，但也存在各自的不足。
综上所述，研发新的简单合成方法，实现温和条件下，经济、环保制备不同形貌的铝热剂，有效改进Al与金属氧化物的接触面积，提高其能量释放水平和放热性能具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有改善性能的铝热剂。
根据本发明的第一方面，提供了一种Al/NiO复合含能材料的制备方法，包括：
将氯化镍、柠檬酸三钠和氨水形成混合溶液，其中氯化镍浓度为0.05～0.1mol/L，柠檬酸三钠浓度为5～15mmol/L，氨水浓度为0.5～1.5mol/L；
将所得混合溶液转移到水热反应釜进行水热反应，其中水热反应温度为140～200℃，反应时间为8～16h；
将水热反应产物离心分离并干燥后得到前驱体；
将所得前驱体煅烧后得到空心花状NiO，其中煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为4～8h；
再将所得空心花状NiO和纳米Al粉超声分散于乙醇中形成悬浮液，其中NiO与纳米Al粉质量比为(1～3):1；
干燥所得悬浮液后即得Al/NiO复合含能材料。
根据本发明，煅烧时的升温速率优选为2～5℃/min。
根据本发明的另一方面，还提供一种Al/NiO复合含能材料，其根据上述方法所制备。
与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：
(1)本发明通过制备结构新颖的金属氧化物——空心花状NiO，从而增加了其与Al的接触面积；
(2)单一镍源制备空心花状NiO时无杂质产生，且具有整齐均匀的大孔，有利于纳米铝粉进入，反应性高；
(3)本发明制备工艺成本低，步骤少，简单易行。
附图说明
图1是根据本发明实施例制备的空心花状NiO的XRD图；
图2是根据本发明实施例制备的花状核壳结构Al/NiO复合含能材料的XRD图；
图3(a)、(b)、(c)分别是根据本发明实施例制备的空心花状NiO和花状核壳结构Al/NiO复合含能材料的SEM图；以及
图4是根据本发明实施例制备的花状核壳结构Al/NiO复合含能材料的DSC放热曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步解释说明。
实施例
步骤1：称取0.1g柠檬酸三钠，溶于37mL去离子水中，随后加入0.5g氯化镍，完全溶解后加入3mL氨水(浓度为1mol/L)，磁力搅拌20min，形成反应溶液，转移至100mL反应釜中，在150℃下反应9h，冷却至室温后进行离心，依次使用去离子水、乙醇洗涤数次，最后将其置于真空干燥箱中烘干，得到前驱体。
步骤2：将步骤1的前驱体粉末置于马弗炉中，空气条件下，在400℃下煅烧6h，升温速率为5℃/min，冷却至室温，得到空心花状NiO。
步骤3：准确称取0.042g纳米铝粉和0.058g NiO，NiO与纳米Al粉质量比为1.38:1(当量比为3)，溶于15mL乙醇溶剂，超声30min形成均匀的悬浮液，于80℃下烘干，得到花状核壳结构Al/NiO复合含能材料。
对得到的空心花状NiO和花状核壳结构Al/NiO进行表征，结果如图1-4所示。图1-2为上述实施例制备的空心花状NiO和花状核壳结构Al/NiO的XRD，结果如下图所示，衍射峰出现在37.2°、43.3°、62.9°、75.4°、79.4°，对应于NiO的标准衍射卡片(PDF#47-1049)，该谱图上无任何杂峰出现，产物纯净，峰形尖锐，结晶度高。图2中Al的衍射峰出现在38.5°、44.7°、65.1°、78.2°、82.4°，对应于Al的标准衍射卡片(PDF#04-0787)，且无Al2O3杂峰出现，进一步表明在混合过程中二者未发生反应。图3a、3b为上述实施例中制备的空心花状NiO的SEM图，其中图3a为高倍率放大图；如图所示，所制备的NiO直径为3-5μm，尺寸较为均匀，表面呈现花状，孔径较大。图3(c)为上述实施例制备的花状核壳结构Al/NiO的SEM图，从图中可以看出，少量纳米Al粉附着在花状NiO表面，大量Al粉通过孔隙进入空心花状NiO内部，形成核壳结构，有效增大接触面积。图4是上述实施例制备的花状核壳结构Al/NiO的DSC放热曲线，升温范围为室温至900℃，升温速率为20℃/min，Ar气氛，如图有一放热峰，属于Al与NiO的固态反应，反应热为1513.5J/g，峰值温度为603℃。此外，电流通过电阻丝达到高温对Al/NiO复合材料进行点火，燃烧过程伴随大量的火花溅射和强烈的爆鸣声。

Claims (3)

1.一种Al/NiO复合含能材料的制备方法，包括：
将氯化镍、柠檬酸三钠和氨水形成混合溶液，其中氯化镍浓度为0.05～0.1mol/L，柠檬酸三钠浓度为5～15mmol/L，氨水浓度为0.5～1.5mol/L；
将所得混合溶液转移到水热反应釜进行水热反应，其中水热反应温度为140～200℃，反应时间为8～16h；
将水热反应产物离心分离并干燥后得到前驱体；
将所得前驱体煅烧后得到空心花状NiO，其中煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为4～8h；
再将所得空心花状NiO和纳米Al粉超声分散于乙醇中形成悬浮液，其中NiO与纳米Al粉质量比为(1～3):1；
干燥所得悬浮液后即得Al/NiO复合含能材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中煅烧时的升温速率为2～5℃/min。
3.一种Al/NiO复合含能材料，根据权利要求1或2的方法所制备。
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