CN114390883A - 抛撒分布式电磁毁伤云团及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抛撒分布式电磁毁伤云团及其制备方法和应用，制备无硫克膨胀石墨，然后将磁性纳米粒子Fe3O4负载于膨胀石墨得到电磁耦合型电磁屏蔽复合材料，将所得复合材料与一定比例的铜粉和2,4,6,8,10,12‑六硝基‑2,4,6,8,10,12‑六氮杂异伍兹烷(HNIW)均匀混合，利用高能炸药对良导体铜粉和电磁耦合复合材料进行爆炸抛撒，在空气中形成大范围电磁毁伤云团，通过对目标电磁信号的干扰与阻断使其丧失作战能力，达到高效无源云毁伤的目的。

Description

抛撒分布式电磁毁伤云团及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电磁毁伤技术领域，涉及一种抛撒分布式电磁毁伤云团及其制备方法和应用。
背景技术
利用炸药爆炸产生的高温高压气源将功能药剂分散到大气中形成气溶胶具备成烟快、撒布的过程中功能药剂的理化性质基本不发生变化的优点，能够保证烟幕的固有成分、粒度及几何形状。如“冷烟”烟幕干扰弹，可以采用爆炸分散的方式实现对干扰剂的有效分散，通过设计装药结构、改进药剂性能等可以提高干扰剂的分散性能。不同物质对不同波长的屏蔽能力相异，迅速分散、成烟量大、持续时间长是对爆炸抛撒型功能药剂的基本要求。
膨胀石墨丰富的孔结构能够显著提高电磁波的多重反射和吸收衰减，将其与磁性纳米粒子相结合能够形成电磁耦合型复合材料，有利于提高材料的阻抗匹配特性，使得更多电磁波被损耗，达到高效电磁屏蔽效果。表层含有自由电子的铝粉、铜粉等良导体材料，因红外光激发引起自由电子的运动，可屏蔽3～5μm和8～14μm的窗口。铝粉作为消光系数最大的材料之一耐热性能较差，一般采用气轮机排出的气流进行分散。铜粉的消光系数低于铝粉，但其储存安定性好且熔点高，因此可以采用温度较高的烟火剂燃气或炸药进行发散，具有高导电性的铜粉飘落到敌方的电子设备中可使其短路瘫痪。
将电磁耦合型复合材料与高导电铜粉通过高能炸药进行爆炸抛撒分散，对于敌方通讯信号进行长时间的高效遮蔽与吸收，有望实现对目标的无源非致命毁伤致使其丧失战斗力。
发明内容
本发明涉及抛撒分布式电磁毁伤云团及其制备方法和应用，通过高能炸药HNIW的爆炸作用将电磁耦合型复合材料和高导电性铜粉进行抛撒，形成具有较长滞空时间的电磁干扰云团，有望在无源电磁毁伤领域发挥重要作用。
本发明是通过下述技术方案实现的。
一种抛撒分布式电磁毁伤云团，制备方法的步骤如下：
步骤一、将4～16mL硝酸和5～20mL磷酸在室温下混合均匀得到混合溶液，向混合溶液中加入5g天然鳞片石墨，将水浴温度升至30～90℃并加入0.1～0.6g的KMnO4反应0.5～2h；
步骤二、向步骤一所得混合溶液中加入1～2mL乙酸酐反应1～3h后抽滤去除废液并用去离子水洗涤至pH＞5，然后将所得样品于60～80℃下烘干水分并将其置于1000℃马弗炉中膨化得到无硫膨胀石墨；
步骤三、将步骤二所得5g膨胀石墨加入35mL水和10mL无水乙醇的混合溶液中，然后加入0.3～0.5mol的FeSO4.7H2O和0.3～0.5mol的FeCl3.6H2O，在40～60℃反应1～2h后滴加氨水直至pH＝11，最后采用去离子水和乙醇洗涤3～5次在60～80℃真空干燥得到电磁耦合型膨胀石墨负载Fe3O4复合材料；
步骤四、膨胀石墨负载Fe3O4复合材料、铜粉和2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷(HNIW)按照质量比为5～10：15～20：20均匀混合并定向起爆得到抛撒分布式电磁毁伤云团。
优选的，步骤三中，Fe2+和Fe3+的摩尔比为1:1。
优选的，所述天然鳞片石墨的粒径≤50目。
优选的，所述HNIW原料的纯度≥98％。
优选的，所述铜粉的粒径为微米级。
利用高能炸药对良导体铜粉和电磁耦合复合材料进行爆炸抛撒，在空气中形成大范围电磁毁伤云团，通过对目标电磁信号的干扰与阻断使其丧失作战能力，达到高效无源云毁伤的目的。
本发明有益效果：
(1)本发明所得膨胀石墨负载Fe3O4纳米粒子具有良好的吸波和电磁屏蔽性能。膨胀石墨不但具有良好的导电性能有利于电磁波的介电损耗，并且其丰富的孔洞结构为电磁波的多重反射衰减提供了有利场所，磁性Fe3O4纳米粒子有效增强了电磁波的磁损耗，有利于提高电磁屏蔽性能。导电性膨胀石墨与磁性Fe3O4纳米粒子之间具有较强的分子间作用力，两者具有良好的粘接性并在表面形成一定的接触电阻，增强了复合材料的阻抗匹配特性，进一步增强了材料的吸波和电磁屏蔽性能。
(2)铜粉具有较大的消光系数，对于可见光、红外和激光具有良好的遮蔽性能，是一种理想的消光材料。此外，铜粉具有高导电性和高熔点的优点，在运输和储存方面表现出极佳的安全性，非常适用于爆炸抛撒。
(3)HNIW作为一种高能炸药，其爆炸所产生的能量使得电磁耦合膨胀石墨负载Fe3O4和铜粉在空气中形成大范围的电磁干扰云团，通过对可见光、红外、激光、X波段电磁波的高效遮蔽与吸收实现目标通讯中断的目的，属于非对称性一种无源电磁毁伤手段，对于防空反导具有重要意义。
附图说明
图1是基于实施例1所制备的膨胀石墨负载Fe3O4的TEM图片。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
(1)将15mL硝酸和20mL磷酸在室温下混合均匀得到混合溶液，向混合溶液中加入5g天然鳞片石墨，将水浴温度升至50℃并加入0.3g的KMnO4反应1h；
(2)向所得混合溶液中加入2mL乙酸酐反应2h后抽滤去除废液并用去离子水洗涤至pH＝6.5，然后将所得样品于80℃下烘干水分并将其置于1000℃马弗炉中膨化得到无硫膨胀石墨；
(3)将所得5g膨胀石墨加入35mL水和10mL无水乙醇的混合溶液中，然后加入0.3mol的FeSO4.7H2O和0.3mol的FeCl3.6H2O，在50℃反应1.5h后滴加氨水直至pH＝11，最后采用去离子水和乙醇洗涤并在80℃真空干燥得到电磁耦合型膨胀石墨负载Fe3O4复合材料；
(4)将5g的膨胀石墨负载Fe3O4复合材料、15g的20μm铜粉和20g的HNIW均匀混合并定向起爆得到抛撒分布式电磁毁伤云团。
图1是基于实施例1所制备的膨胀石墨负载Fe3O4的TEM图片。所得电磁毁伤云团的有效滞空时间为25s，近红外平均透过率为2.6％，中红外平均透过率为3.1％，X波段的平均电磁屏蔽效能为19dB。
实施例2
(1)将15mL硝酸和20mL磷酸在室温下混合均匀得到混合溶液，向混合溶液中加入5g天然鳞片石墨，将水浴温度升至50℃并加入0.3g的KMnO4反应1h；
(2)向所得混合溶液中加入2mL乙酸酐反应2h后抽滤去除废液并用去离子水洗涤至pH＝6.5，然后将所得样品于80℃下烘干水分并将其置于1000℃马弗炉中膨化得到无硫膨胀石墨；
(3)将所得5g膨胀石墨加入35mL水和10mL无水乙醇的混合溶液中，然后加入0.3mol的FeSO4.7H2O和0.3mol的FeCl3.6H2O，在50℃反应1.5h后滴加氨水直至pH＝11，最后采用去离子水和乙醇洗涤并在80℃真空干燥得到电磁耦合型膨胀石墨负载Fe3O4复合材料；
(4)将10g的膨胀石墨负载Fe3O4复合材料、15g的20μm铜粉和20g的HNIW均匀混合并定向起爆得到抛撒分布式电磁毁伤云团。
所得电磁毁伤云团的有效滞空时间为28s，近红外平均透过率为2.1％，中红外平均透过率为2.6％，X波段的平均电磁屏蔽效能为23dB。
实施例3
(1)将15mL硝酸和20mL磷酸在室温下混合均匀得到混合溶液，向混合溶液中加入5g天然鳞片石墨，将水浴温度升至50℃并加入0.3g的KMnO4反应1h；
(2)向所得混合溶液中加入2mL乙酸酐反应2h后抽滤去除废液并用去离子水洗涤至pH＝6.5，然后将所得样品于80℃下烘干水分并将其置于1000℃马弗炉中膨化得到无硫膨胀石墨；
(3)将所得5g膨胀石墨加入35mL水和10mL无水乙醇的混合溶液中，然后加入0.4mol的FeSO4.7H2O和0.4mol的FeCl3.6H2O，在50℃反应1.5h后滴加氨水直至pH＝11，最后采用去离子水和乙醇洗涤并在80℃真空干燥得到电磁耦合型膨胀石墨负载Fe3O4复合材料；
(4)将10g的膨胀石墨负载Fe3O4复合材料、15g的20μm铜粉和20g的HNIW均匀混合并定向起爆得到抛撒分布式电磁毁伤云团。
所得电磁毁伤云团的有效滞空时间为27s，近红外平均透过率为2.3％，中红外平均透过率为2.8％，X波段的平均电磁屏蔽效能为27dB。
实施例4
(1)将15mL硝酸和20mL磷酸在室温下混合均匀得到混合溶液，向混合溶液中加入5g天然鳞片石墨，将水浴温度升至50℃并加入0.3g的KMnO4反应1h；
(2)向所得混合溶液中加入2mL乙酸酐反应2h后抽滤去除废液并用去离子水洗涤至pH＝6.5，然后将所得样品于80℃下烘干水分并将其置于1000℃马弗炉中膨化得到无硫膨胀石墨；
(3)将所得5g膨胀石墨加入35mL水和10mL无水乙醇的混合溶液中，然后加入0.4mol的FeSO4.7H2O和0.4mol的FeCl3.6H2O，在50℃反应1.5h后滴加氨水直至pH＝11，最后采用去离子水和乙醇洗涤并在80℃真空干燥得到电磁耦合型膨胀石墨负载Fe3O4复合材料；
(4)将10g的膨胀石墨负载Fe3O4复合材料、15g的10μm铜粉和20g的HNIW均匀混合并定向起爆得到抛撒分布式电磁毁伤云团。
所得电磁毁伤云团的有效滞空时间为32s，近红外平均透过率为1.2％，中红外平均透过率为1.8％，X波段的平均电磁屏蔽效能为33dB。
实施例5
(1)将15mL硝酸和20mL磷酸在室温下混合均匀得到混合溶液，向混合溶液中加入5g天然鳞片石墨，将水浴温度升至50℃并加入0.3g的KMnO4反应1h；
(2)向所得混合溶液中加入2mL乙酸酐反应2h后抽滤去除废液并用去离子水洗涤至pH＝6.5，然后将所得样品于80℃下烘干水分并将其置于1000℃马弗炉中膨化得到无硫膨胀石墨；
(3)将所得5g膨胀石墨加入35mL水和10mL无水乙醇的混合溶液中，然后加入0.5mol的FeSO4.7H2O和0.5mol的FeCl3.6H2O，在50℃反应1.5h后滴加氨水直至pH＝11，最后采用去离子水和乙醇洗涤并在80℃真空干燥得到电磁耦合型膨胀石墨负载Fe3O4复合材料；
(4)将10g的膨胀石墨负载Fe3O4复合材料、15g的10μm铜粉和20g的HNIW均匀混合并定向起爆得到抛撒分布式电磁毁伤云团。
所得电磁毁伤云团的有效滞空时间为30s，近红外平均透过率为1.8％，中红外平均透过率为2.2％，X波段的平均电磁屏蔽效能为31dB。

Claims (8)

1.抛撒分布式电磁毁伤云团的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将硝酸和磷酸在室温下混合均匀得到混合溶液，向混合溶液中加入天然鳞片石墨，将水浴温度升至30～90℃并加入KMnO4反应0.5～2h；
步骤二、向步骤一所得混合溶液中加入乙酸酐反应1～3h后抽滤去除废液并用去离子水洗涤至pH＞5，然后将所得样品于60～80℃下烘干水分并将其置于1000℃马弗炉中膨化得到无硫膨胀石墨；
步骤三、将步骤二所得膨胀石墨加入水和无水乙醇的混合溶液中，然后加入FeSO4.7H2O和FeCl3.6H2O，在40～60℃反应1～2h后滴加氨水直至pH＝11，最后采用去离子水和乙醇洗涤3～5次在60～80℃真空干燥得到电磁耦合型膨胀石墨负载Fe3O4复合材料；
步骤四、膨胀石墨负载Fe3O4复合材料、铜粉和2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷均匀混合并定向起爆得到抛撒分布式电磁毁伤云团。
2.根据权利要求1所述的抛撒分布式电磁毁伤云团的制备方法，其特征在于，原料的用量按照以下比例：
步骤一中，4～16mL硝酸，5～20mL磷酸，5g天然鳞片石墨，0.1～0.6gKMnO4；
步骤二中，1～2mL乙酸酐；
步骤三中，步骤二所得5g膨胀石墨，35mL水，10mL无水乙醇，0.3～0.5molFeSO4.7H2O，0.3～0.5molFeCl3.6H2O；
步骤四中，膨胀石墨负载Fe3O4复合材料、铜粉和HNIW按照质量比为5～10：15～20：20。
3.根据权利要求2所述的抛撒分布式电磁毁伤云团的制备方法，其特征在于，步骤三中，Fe2+和Fe3+的摩尔比为1:1。
4.根据权利要求1所述的抛撒分布式电磁毁伤云团的制备方法，其特征在于，所述天然鳞片石墨的粒径≤50目。
5.根据权利要求1所述的抛撒分布式电磁毁伤云团的制备方法，其特征在于，所述HNIW原料的纯度≥98％。
6.根据权利要求1所述的抛撒分布式电磁毁伤云团的制备方法，其特征在于，所述铜粉的粒径为微米级。
7.抛撒分布式电磁毁伤云团，其特征在于，根据权利要求1到6任一项所述的制备方法所得。
8.根据权利要求7所述的抛撒分布式电磁毁伤云团的应用，其特征在于，作为电磁干扰云团，对于目标信号的电磁云毁伤。
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