CN114105721A - 一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents

一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114105721A
CN114105721A CN202111235032.6A CN202111235032A CN114105721A CN 114105721 A CN114105721 A CN 114105721A CN 202111235032 A CN202111235032 A CN 202111235032A CN 114105721 A CN114105721 A CN 114105721A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano boron
organic solvent
coated
boron
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111235032.6A
Other languages
English (en)
Inventor
刘平安
宋乃孟
隋蓬华
丁涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN202111235032.6A priority Critical patent/CN114105721A/zh
Publication of CN114105721A publication Critical patent/CN114105721A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06D—MEANS FOR GENERATING SMOKE OR MIST; GAS-ATTACK COMPOSITIONS; GENERATION OF GAS FOR BLASTING OR PROPULSION (CHEMICAL PART)
    • C06D5/00—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/20—After-treatment of capsule walls, e.g. hardening
    • B01J13/22—Coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
    • B01J2/006—Coating of the granules without description of the process or the device by which the granules are obtained
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Colloid Chemistry (AREA)

Abstract

本发明属于有机无机复合纳米粒子技术领域，具体涉及一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒及其制备方法和应用。本发明提供的有机溶剂包覆纳米硼颗粒具有包覆在纳米硼颗粒表面的有机包覆层，其通过化学吸附和物理吸附作用吸附于纳米硼颗粒表面，有机包覆层能有效隔离外界环境中的氧气进入纳米硼颗粒内部，防止纳米硼颗粒被氧化，此外，包覆在纳米硼颗粒表面的有机包覆层与含硼推进剂组分之间的相容性好，有机包覆层燃点较低，燃烧后生成气体有助于打破氧化硼层，提高硼颗粒点火和燃烧性能。

Description

一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于有机无机复合纳米粒子技术领域，具体涉及一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，纳米材料由于尺寸效应具有不同于块状材料的独特性能，使得其在含能材料领域具有重要应用。含能材料在燃烧过程中能迅速释放大量热量，但是，传统的有机高能材料，如铝的能量密度有限，从而限制其应用。而硼的质量能量密度为59kJ/g，体积能量密度为138kJ/cm3，分别是铝的1.9倍和1.66倍。近些年来，硼被广泛应用于烟火、延迟点火药和推进剂等领域。
虽然纳米硼粉的制备方法已经很成熟，但含硼推进剂的实际应用还受到限制，其主要原因是纳米硼颗粒的高比表面积和表面能，使得纳米硼颗粒更容易被氧化，在颗粒表面形成氧化层和其他杂质。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒及其制备方法和应用，本发明提供的有机溶剂包覆纳米硼颗粒能防止纳米硼颗粒被氧化。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒，包括纳米硼颗粒和包覆在所述纳米硼颗粒表面的有机包覆层，所述有机包覆层为乙二胺层或汽油层。
优选的，所述有机包覆层通过吸附作用与纳米硼颗粒结合。
本发明还提供了上述技术方案所述有机溶剂包覆纳米硼颗粒的制备方法，包括以下步骤：
将纳米硼粉分散在醇水混合溶剂中，得到硼分散液；
将所述硼分散液和有机溶剂混合，得到有机溶剂包覆纳米硼颗粒；
所述有机溶剂为乙二胺或汽油。
优选的，所述纳米硼粉的平均粒径为200nm；所述醇水混合溶剂包括无水乙醇和水；所述醇水混合溶剂中无水乙醇和水的体积比为1：(0.1～3)；所述纳米硼粉与醇水混合溶剂的质量比为1：(100～500)。
优选的，所述分散的温度为20～30℃；所述分散的时间为10～60min。
优选的，所述分散的功率为200～600W。
优选的，所述纳米硼粉和有机溶剂的质量比为1：(10～200)。
优选的，所述分散液和有机溶剂混合的方式为搅拌混合；所述搅拌混合的速率为200～400r/min。
优选的，所述分散液和有机溶剂混合的温度为25～30℃；所述混合的时间为1～2h。
本发明还提供了上述技术方案所述有机溶剂包覆纳米硼颗粒或上述技术方案所述制备方法制备得到的有机溶剂包覆纳米硼颗粒在富硼推进剂中的应用。
本发明提供了一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒，包括纳米硼颗粒和包覆在所述纳米硼颗粒表面的有机包覆层。本发明提供的有机溶剂包覆纳米硼颗粒具有包覆在纳米硼颗粒表面的有机包覆层，所述有机包覆层为汽油层或乙二胺层，其中，汽油的主要成分是C5～C12的脂肪烃和环烷烃，乙二胺是一种典型的脂肪胺，汽油主要是通过物理吸附作用吸附于纳米硼颗粒表面，而乙二胺中的氨基可以通过化学吸附作用吸附在纳米硼颗粒表面。致密的有机包覆层能有效隔离外界环境中的氧气进入纳米硼颗粒内部，防止纳米硼颗粒被氧化。
此外，包覆在所述纳米硼颗粒表面的有机包覆层与含硼推进剂组分之间的相容性好，有机包覆层燃点较低，燃烧后生成气体有助于打破氧化硼层，提高硼颗粒点火和燃烧性能。
附图说明
图1为本发明制备有机溶剂包覆纳米硼颗粒的工艺流程图；
图2为实施例1制备得到的乙二胺包覆纳米硼颗粒的扫描电镜图；
图3为实施例1制备得到的乙二胺包覆纳米硼颗粒的透射电镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒，包括纳米硼颗粒和包覆在所述纳米硼颗粒表面的有机包覆层，所述有机包覆层为乙二胺层或汽油层。
在本发明中，所述有机包覆层优选通过吸附作用与纳米硼颗粒结合。
本发明还提供了上述技术方案所述有机溶剂包覆纳米硼颗粒的制备方法，包括以下步骤：
将纳米硼粉分散在醇水混合溶剂中，得到硼分散液；
将所述硼分散液和有机溶剂混合，得到有机溶剂包覆纳米硼颗粒；
所述有机溶剂为乙二胺或汽油。
如无特殊说明，本发明对所用制备原料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。
本发明将纳米硼粉分散在醇水混合溶剂中，得到硼分散液。
在本发明中，所述纳米硼粉的平均粒径优选为200nm。
在本发明中，所述醇水混合溶剂优选包括无水乙醇和水；所述醇水混合溶剂中无水乙醇和水的体积比优选为1：(0.1～3)，更优选为1：(0.5～2)；所述纳米硼粉与醇水混合溶剂的质量比优选为1：(100～500)，更优选为1：(200～490)。
在本发明中，所述分散的温度优选为25～30℃，更优选为25～28℃；所述分散的时间优选为10～60min，更优选为20～50min；所述分散的功率优选为200～600W，更优选为300～500W。
得到硼分散液后，本发明将所述硼分散液和有机溶剂混合，得到有机溶剂包覆纳米硼颗粒。
在本发明中，所述有机溶剂为乙二胺或汽油。
在本发明中，所述纳米硼粉和有机溶剂的质量比优选为1：(10～200)，更优选为1：(20～150)。
在本发明中，所述分散液和有机溶剂混合的方式优选为搅拌混合；所述搅拌混合的速率优选为200～400r/min，更优选为250～350r/min。
在本发明中，所述分散液和有机溶剂混合的温度优选为25～30℃，更优选为25～28℃；所述分散液和有机溶剂混合的时间优选为1～2h，更优选为1～1.5h。
混合完成后，本发明优选对混合后的物料依次进行静置、分离和干燥，得到有机溶剂包覆纳米硼颗粒。
在本发明中，所述静置的时间优选为40～60min，更优选为45～55min。本发明通过静置将油相和液相进行分离。
在本发明中，所述分离的方式优选为减压过滤。本发明对所述减压过滤的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的过程即可。
在本发明中，所述干燥的方式优选为真空干燥；所述干燥的温度优选为60～70℃，更优选为65～70℃；所述干燥的时间优选为20～40min，更优选为25～35min；所述干燥的真空度优选为0.01～0.1MPa，更优选为0.01～0.05MPa。
图1为本发明制备有机溶剂包覆纳米硼颗粒的工艺流程图；如图1所示，本发明通过将纳米硼粉在醇水混合溶剂中进行超声分散制备得到分散液，然后再将有机溶剂滴加到分散液中进行搅拌，使有机溶剂均匀包覆在纳米硼颗粒表面，再经静置、分离和干燥得到有机溶剂包覆纳米硼颗粒。
本发明通过将有机溶剂均匀包覆在纳米硼颗粒表面，来实现防止纳米硼颗粒被氧化的作用。有机溶剂通过化学吸附和物理吸附作用在纳米硼颗粒表面形成包覆层，有机包覆层能有效隔离外界环境中的氧气进入纳米硼颗粒内部。另外，有机包覆层与富硼推进剂的组分的相容性好，有机包覆层燃点较低，燃烧后生成气体有助于打破氧化硼层，提高硼颗粒点火和燃烧性能。
本发明还提供了上述技术方案所述的有机溶剂包覆纳米硼颗粒或上述技术方案所述制备方法制备得到的有机溶剂包覆纳米硼颗粒在富硼推进剂中的应用。本发明对所述有机溶剂包覆纳米硼颗粒在富硼推进剂中的应用方式没有特殊限定，采用本领域熟知的应用方式即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
称取0.2g纳米硼粉(平均粒径为200nm)加入到100mL(92.80g)醇水混合溶剂(无水乙醇和水的体积比为1:1)中，采用超声分散仪在25℃下分散40min(分散功率为500W)，得到分散液；
将5mL乙二胺(4.50g)滴加到25mL上述分散液中，在25℃条件下，以300r/min的搅拌速率磁力搅拌1h，静置50min，将所得油相进行减压过滤，在0.01MPa、70℃的真空条件下对所得固体物料进行烘干30min，得到有机溶剂包覆纳米硼颗粒。
实施例2
与实施例1的区别在于乙二胺的用量为10mL，其余内容一致。
实施例3
与实施例1的区别在于所用有机溶剂替换为汽油，其余内容一致。
实施例4
与实施例2的区别在于所用有机溶剂替换为汽油，其余内容一致。
表征：
对实施例1制备得到的乙二胺包覆纳米硼颗粒分别进行电镜扫描和透射电镜扫描，其结果分别如图2和图3所示。
由图2和图3可知，本发明提供的制备方法使乙二胺均匀包覆在纳米硼颗粒表面，乙二胺包覆后的复合粒子样貌整体呈颗粒状，由于颗粒周围存在有机溶剂的残留，导致了纳米硼颗粒发生粘连。有机溶剂均匀包覆在纳米硼颗粒表面可以防止纳米硼颗粒被氧化，由于有机包覆层的燃点较低，燃烧后生成气体有助于打破氧化硼层，提高硼颗粒点火和燃烧性能。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒，其特征在于，包括纳米硼颗粒和包覆在所述纳米硼颗粒表面的有机包覆层，所述有机包覆层为乙二胺层或汽油层。
2.根据权利要求1所述的有机溶剂包覆纳米硼颗粒，其特征在于，所述有机包覆层通过吸附作用与纳米硼颗粒结合。
3.权利要求1或2所述有机溶剂包覆纳米硼颗粒的制备方法，包括以下步骤：
将纳米硼粉分散在醇水混合溶剂中，得到硼分散液；
将所述硼分散液和有机溶剂混合，得到有机溶剂包覆纳米硼颗粒；
所述有机溶剂为乙二胺或汽油。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述纳米硼粉的平均粒径为200nm；所述醇水混合溶剂包括无水乙醇和水；所述醇水混合溶剂中无水乙醇和水的体积比为1：(0.1～3)；所述纳米硼粉与醇水混合溶剂的质量比为1：(100～500)。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述分散的温度为20～30℃；所述分散的时间为10～60min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述分散的功率为200～600W。
7.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述纳米硼粉和有机溶剂的质量比为1：(10～200)。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述分散液和有机溶剂混合的方式为搅拌混合；所述搅拌混合的速率为200～400r/min。
9.根据权利要求3或8所述的制备方法，其特征在于，所述分散液和有机溶剂混合的温度为25～30℃；所述混合的时间为1～2h。
10.权利要求1或2所述的有机溶剂包覆纳米硼颗粒或权利要求3～9任一项所述制备方法制备得到的有机溶剂包覆纳米硼颗粒在富硼推进剂中的应用。
CN202111235032.6A 2021-10-22 2021-10-22 一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒及其制备方法和应用 Pending CN114105721A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111235032.6A CN114105721A (zh) 2021-10-22 2021-10-22 一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111235032.6A CN114105721A (zh) 2021-10-22 2021-10-22 一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114105721A true CN114105721A (zh) 2022-03-01

Family

ID=80376666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111235032.6A Pending CN114105721A (zh) 2021-10-22 2021-10-22 一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114105721A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4877649A (en) * 1987-09-08 1989-10-31 United Technologies Corporation Coating of boron particles
US4915753A (en) * 1987-09-08 1990-04-10 United Technologies Corporation Coating of boron particles
US20120270050A1 (en) * 2009-04-23 2012-10-25 Anderson Scott L Functionally Coated Non-Oxidized Particles and Methods for Making the Same
US20140227548A1 (en) * 2012-06-27 2014-08-14 James J. Myrick Nanoparticles, Compositions, Manufacture and Applications
CN114085119A (zh) * 2021-12-09 2022-02-25 北京理工大学 一种采用全氟烷酸表面钝化的纳米硼燃料及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4877649A (en) * 1987-09-08 1989-10-31 United Technologies Corporation Coating of boron particles
US4915753A (en) * 1987-09-08 1990-04-10 United Technologies Corporation Coating of boron particles
US20120270050A1 (en) * 2009-04-23 2012-10-25 Anderson Scott L Functionally Coated Non-Oxidized Particles and Methods for Making the Same
US20140227548A1 (en) * 2012-06-27 2014-08-14 James J. Myrick Nanoparticles, Compositions, Manufacture and Applications
CN114085119A (zh) * 2021-12-09 2022-02-25 北京理工大学 一种采用全氟烷酸表面钝化的纳米硼燃料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PINGAN LIU: "Adsorption behaviors of ethylenediamine on α‑phase boron nanoparticle surfaces: frst‑principle calculation and MD simulation", 《J NANOPART RES》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7329878B2 (ja) 窒化ケイ素、セラミックスラリー及び調製方法
CN103506621B (zh) 一种氟橡胶包覆纳米铝粉复合粒子的制备方法
CN108950280B (zh) 一种石墨烯/碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法
CN102295823B (zh) 一种易于分散碳纳米管的环氧树脂轻质高强复合材料及制备方法
CN115433018B (zh) 一种碳化硅陶瓷片及其制备方法
CN106279772B (zh) 一种埃洛石纳米管表面原位生长二氧化硅制备杂化填料的方法
CN114230422A (zh) 一种仿珍珠贝界面结构增强pbx复合物及其制备方法
WO2020213637A1 (ja) 遮熱材、遮熱材を備えたエンジン、ナノ粒子分散液、並びに遮熱材等の製造方法
WO2023012787A1 (en) Burning rate enhancement of solid propellant for rocket motors using energetic formulations containing ammonium perchlorate and high concentration graphene oxide or epoxy-modified graphene oxide
CN114105721A (zh) 一种有机溶剂包覆纳米硼颗粒及其制备方法和应用
CN107828313A (zh) 一种含改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料及其制备方法
CN116655441A (zh) 一种层层自组装含能铝粉、制备方法及其应用
CN111423293A (zh) 一种提升含能材料中铝粉有效反应率的方法及产品
CN111574314B (zh) 利用氟代烷基化合物改性铝粉以提高稳定性和燃烧性能的方法
CN110975812B (zh) 一种茶皂素空心碳球及其制备方法和在重金属吸附中的应用
CN105838472A (zh) 一种凝胶燃料及制备方法
CN113171691A (zh) 一种超亲水/水下超疏油的pa@pei改性pvdf膜及其制备方法和应用
CN112354382A (zh) 一种离子液体负载的三维共价有机骨架杂化膜及制备方法和应用
CN106279733A (zh) 涂料、疏水性硅质膜及疏水性硅质膜的制备方法
CN115959959B (zh) 一种核壳结构的二硝酰胺铵包覆铝微纳复合物的制备方法
CN115259976A (zh) 一种高聚物黏结炸药及其制备方法和应用
CN114012087B (zh) 一种乙烯包覆纳米铝颗粒及其制备方法和应用
CN114751798A (zh) 一种氟化改性球形微/纳铝粉的溶剂悬浮制备方法
CN111138236B (zh) 1,2,4-三唑硝酸盐包覆的硼镁复合金属粉燃料及其制备方法
CN103755863A (zh) 一种松香基复合纳米聚合物微球的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination