CN115043689A - 一种含有碳骨架的铝热剂及其制备方法 - Google Patents

一种含有碳骨架的铝热剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含有碳骨架的铝热剂，所述铝热剂在不削弱纳米铝热剂Al/CuO反应活性的同时降低其静电感度；同时，本发明提供了一种含有碳骨架的铝热剂的制备方法，该方法将铝粒子、铜源和碳源按比例配制成悬浮液，通过喷雾干燥‑煅烧的方法即可获得该复合材料，该方法使得铝粒子与碳骨架氧化铜能够充分接触在不削弱纳米铝热剂Al/CuO反应活性的同时降低其静电感度。

Description

一种含有碳骨架的铝热剂及其制备方法
技术领域
本发明属于铝热剂技术领域，具体涉及一种含有碳骨架的铝热剂及其制备方法。
背景技术
纳米铝(n-Al)具有高反应焓，铝氧化成氧化铝(Al2O3)会释放出31.1kJ·g-1的能量，同时，还具有高的反应活性、环境友好和常温常压下稳定等特性，将其引入点火药、击发药和推进剂中作为燃料、催化剂等，非常有利于纳米火工药剂在MEMS，EBW等先进火工品中的应用。
除此之外，n-Al与各种氧化剂(n-Al@氧化剂)，如金属氧化物(Fe2O3、CuO、Bi2O3等)，含氧酸盐(KMnO4、CuSO4·5H2O、Bi(ON)3等)，氟化物(FeF3、PTFE等)等组成的纳米级反应性混合物同样具有反应速率及燃烧速率高、安全性好、能量密度高的特点。这种纳米级反应被称作(纳米)铝热剂，又被称为亚稳态分子间复合物(metastable intermolecularcomposite，MIC)，是现今最有前景的高能复合材料之一。其中，n-Al与CuO纳米铝热剂虽然具有能量大和能量释放速率大的优势被广泛应用，但是，铝粒子在实际应用到铝热剂的过程中存在如下问题：(1)n-Al粒子易发生团聚，存在不均匀的问题；(2)n-Al与CuO纳米铝热剂静电感度较高，一般为0.15～0.4mJ，由于其具有较高的静电感度使其在运输、储存和使用方面存在安全隐患，并且限制了其应用范围。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有n-Al与CuO纳米铝热剂由于静电感度高(数值越小，静电感度高)等原因导致其应用范围受限的问题，本发明提供了一种含有碳骨架的铝热剂；
同时，本发明还提供了一种安全、简单的含有碳骨架的铝热剂的制备方法。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种含有碳骨架的铝热剂，具备：
铝粒子；
氧化铜；
具有孔结构的碳骨架；
以及，不低于70mJ的最低静电感度；
其中，
部分或全部所述铝粒子附于所述碳骨架；
部分或全部所述氧化铜附于所述碳骨架；
以铝、铜的量来计算，所述铝、铜的质量比为(0.2～0.4)：(0.4～0.5)
以铝、铜的总量为A和碳的量为B来计算，所述A：B的质量比为(0.6～0.9)：(0.1～0.4)。
在此需要说明人类自身会存在一定的放电容量，大小约为8.33-20mJ，纳米铝热剂静电感度必须高于此范围才能减少操作过程中因静电而引起的事故。
进一步地，所述含有碳骨架的铝热剂具备：
碳骨架，所述碳骨架具有孔结构、且具有氧化铜；
铝粒子，所述铝粒子以嵌入形式附着于所述碳骨架，且存在与氧化铜产生接触的铝粒子；
以及，高于100mJ的最低静电感度；
以铝、铜的量来计算，所述铝、铜的质量比为(0.25～0.35)：(0.4～0.5)；
以铝、铜的总量为A和碳的量为B来计算，所述A：B的质量比为(0.65～0.85)：(0.15～0.35)。
进一步地，所述含有碳骨架的铝热剂具备：
碳骨架，所述碳骨架具有孔结构；
氧化铜粒子，所述氧化铜离子以嵌入形式附着于所述碳骨架；
铝粒子，所述铝粒子以嵌入形式附着于所述碳骨架，且存在与氧化铜粒子产生接触的铝粒子；
以及，高于100mJ的最低静电感度；
其中，
以铝、铜的量来计算，所述铝、铜的质量比为(0.27～0.33)：(0.42～0.48)；
以铝、铜的总量为A和碳的量为B来计算，所述A：B的质量比为(0.67～0.81)：(0.19～0.31)；所述A+B范围为0.95～1，优选为1。
进一步地，所述含有碳骨架的铝热剂具备：
(i)单个氧化铜颗粒尺寸在50～200nm；
(ii)碳骨架的大孔直径为1-10μm；
所述含有碳骨架的铝热剂n-Al@C-CuO中，铝粒子紧紧嵌入碳骨架中，并与氧化铜发生接触，并且是紧密接触。
在此需要说明的是，该方法制备的碳骨架铝热剂不仅使得氧化铜颗粒尺寸降低到纳米级，同时，碳骨架中大孔直径为微米级别，提供极大的比表面积使得铝粒子与氧化铜相接触。
进一步地，所述碳骨架由含碳有机物经过高温处理完成后形成；
所述铝粒子由铝源经过高温处理形成；
所述氧化铜由铜源经过高温处理形成；
其中，
所述含碳有机物高温处理完成前，与铝源、铜源接触混合形成预混物，所述预混物进行高温处理得到铝热剂；
所述高温处理的温度300-500℃。
在此需要说明的是，发明人研究中发现，向Al/CuO加入导电导热性能良好的碳材料(碳纳米管、石墨烯、碳基MOFs、碳纳米纤维等)，使二者以类似于物理混合的方式结合，一定程度上确实可以降低Al/CuO的静电感度，但：
(1)上述碳材料无法提供大的比表面积使铝粒子和氧化铜附着；降低静电感度幅度有限，静电感度范围大概为20～70mJ；。
(2)制作方法为物理混合，容易混合不均匀导致Al/CuO静电感度依然很高；
(3)物理混合过程中存在安全隐患；
(4)掺入这些物质相当于降低了有效成分含量，会导致Al/CuO的能量略有降低；
(5)上述材料成本较高，不利于工业化应用。
一种含有碳骨架的铝热剂的制备方法，包括如下原料：
铝颗粒、铜源以及含碳有机物；
包括如下步骤：
S1、配制形成含有使铝颗粒、铜源以及含碳有机物的混合液；
S2、对混合液进行喷雾处理得到干燥的预混物；
S3、对预混物进行高温处理，得到所述含有碳骨架的铝热剂；
其中，所述高温处理的温度为300～500℃；时间为0.5～2h。
在此需要说明的是，发明人研究中发现，向Al/CuO加入导电导热性能良好的碳材料(碳纳米管、石墨烯、碳基MOFs、碳纳米纤维等)，使二者以类似于物理混合的方式结合形成的传统铝热剂(n-Al/CuO)，一定程度上确实可以降低Al/CuO的静电感度，但会导致体系中有效成分铝粒子和氧化铜含量总和占比远低于本发明，并且其最大峰压和升压速率降低。而本发明中的n-Al@C-CuO体系中虽然也有碳骨架中碳成分的引入，但碳骨架中形成的孔的比表面积会被充分利用，提供了大的比表面积使铝粒子和氧化铜接触的更加紧密从而使得反应更加充分，相较于传统物理混合方式，本发明中的n-Al@C-CuO最大峰压提高1.74倍，升压速率提升17倍。
进一步地，S2中，所述喷雾处理的工艺参数如下：
喷雾处理入口温度110-120℃；
喷雾处理出口温度70-80℃；
空气流速35-40m3/h；
进料泵速率2-4mL/min；
喷嘴气体流速400-600L/h。
进一步地，所述铝颗粒、铜源的添加量需满足铝、铜的比例为(0.2～0.4)：(0.4～0.5)；
所述含碳有机物的添加量为B，以铝、铜的总量为A来计算，所述A：B的质量比为(0.6～0.9)：(0.1～0.4)。
进一步地，所述铝颗粒的粒径为80～500nm；所述铜源为可溶性铜盐。
进一步地，所述可溶性铜盐包含但不限于任意种类、比例混合的硝酸铜、碳酸铜、醋酸铜、氯化铜；
所述含碳有机物包含但不限于任意种类、比例混合的水溶性淀粉、蔗糖、葡萄糖。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的含有碳骨架的铝热剂(n-Al@C-CuO)静电感度不低于100mJ，相较于传统铝热剂(n-Al/CuO)0.15mJ-0.40的静电感度，静电感度大幅度降低。
(2)本发明提供的n-Al@C-CuO，其具有的氧化铜粒子以及(纳米)铝粒子(n-Al)均是通过嵌入的形式相对稳定的固定于所述碳骨架；为n-Al粒子与碳骨架上的氧化铜粒子的充分接触提供了条件，使n-Al@C-CuO具备低静电感度的同时，不削弱纳米铝热剂Al/CuO反应活性。
(3)本发明提供的n-Al@C-CuO，其铝粒子在碳骨架形成之前便存在于所述碳骨架的制备材料含碳有机物中，在含碳有机物经过高温处理逐渐形成碳骨架的过程中，铝粒子也被“固定”，最终以嵌入的方式存在于碳骨架上；
同时，所述铜源也在在碳骨架形成之前便存在于所述碳骨架的制备材料含碳有机物中，在含碳有机物经过高温处理逐渐形成碳骨架并且实现铝粒子“固定”的过程中，氧化铜粒子也逐渐形成并“固定”于碳骨架；最终，使氧化铜粒子以及(纳米)铝粒子(n-Al)均是通过嵌入的形式相对稳定的固定于所述碳骨架；为n-Al粒子与碳骨架上的氧化铜粒子的充分接触提供了条件，使n-Al@C-CuO具备低静电感度的同时，不削弱纳米铝热剂Al/CuO反应活性。
(4)本发明提供了一种n-Al@C-CuO的制备方法，其铝粒子在碳骨架形成之前便存在于所述碳骨架的制备材料含碳有机物中，在含碳有机物经过高温处理逐渐形成碳骨架的过程中，铝粒子也被“固定”，最终以嵌入的方式存在于碳骨架上；
同时，所述铜源也在在碳骨架形成之前便存在于所述碳骨架的制备材料含碳有机物中，在含碳有机物经过高温处理逐渐形成碳骨架并且实现铝粒子“固定”的过程中，氧化铜粒子也逐渐形成并“固定”于碳骨架；最终，使氧化铜粒子以及(纳米)铝粒子(n-Al)均是通过嵌入的形式相对稳定的固定于所述碳骨架；为n-Al粒子与碳骨架上的氧化铜粒子的充分接触提供了条件，使n-Al@C-CuO具备低静电感度的同时，不削弱纳米铝热剂Al/CuO反应活性。
附图说明
图1(a)本发明实施例1中所得产物的SEM图；
图1(b)本发明对比例1中所得产物的SEM图；
图2为本发明喷雾干燥-煅烧方法制备n-Al@C-CuO的装置简易图；
图3(a)(b)为本发明实施例2中所得产物图(温度300℃)；
图3(c)(d)为本发明对比例2中所得产物的结构示意图((c)温度400℃(d)温度500℃)；
图中：1、磁力搅拌器；2、加热系统；3、喷嘴；4、喷雾室；5、旋风分离器；6、收藏室；7、气瓶；8、蠕动泵；9、流量计；10、管式炉。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备；
本发明的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现，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，因此，它们并不对本发明作任何限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均属于本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语和/或包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本文中，所述的“不低于”某数值或“不高于”某数值，其范围应理解为包含该数值，比如“某一物质的量不低于100mJ”，则应理解为“该物质的量可以为100mJ，或高于100mJ”。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例中提供了两种含有碳骨架的铝热剂；
第一种的铝粉按照80nm的标准筛选，第二种的铝粉按照500nm标准进行筛选；
如图2所述，具体制备步骤如下：
S1：将三水硝酸铜、铝粉、水溶性淀粉加入到去离子水中，超声至完全溶解；
所述三水硝酸铜、铝粉的添加量以铝、铜的量来计算质量比为0.235：0.415，所述水溶性淀粉的添加量按照，以铝、铜的总量为A和碳的量为B来计算，所述A：B的质量比为0.65：0.35；
去离子水的用量按照淀粉/去离子水为1g/100mL的标准进行添加。
S2：采用喷雾干燥装置处理步骤S1所得的前驱体溶液，入口温度115℃，出口温度75℃，空气流速38m3/h，进料泵速率3mL/min，喷嘴气体流速500L/h，收集所得复合物；
S3：将步骤S2所得的复合物于管式炉中煅烧至300℃且保温1h，得到n-Al@C-CuO。
如图1(a)所示，为铝粉粒径按照80nm的标准筛选制备得到的n-Al@C-CuO，本方法制备得到的n-Al@C-CuO的碳骨架结构能够提供较大比表面积、1-10μm直径的孔来使单个氧化铜粒子尺寸在100nm左右的颗粒与n-Al进行接触，使得n-Al完全嵌入骨架结构当中，界面接触程度大大增强。
实施例2
本实施例中提供了一种含有碳骨架的氧化铜，制备步骤如下：
S1：将与实施例1中用量相同的三水硝酸铜和水溶性淀粉加入到200ml去离子水中，超声至完全溶解
S2：采用喷雾干燥装置处理步骤S1所得的前驱体溶液，入口温度115℃，出口温度75℃，空气流速38m3/h，进料泵速率3mL/min，喷嘴气体流速500L/h，收集所得复合物；
S3：将步骤S2所得的复合物于管式炉中煅烧至300℃且保温1h，得到碳骨架氧化铜材料(以下简称C-CuO)。
C-CuO的扫描电子显微镜图如图3a、b所示，当温度为300℃，三水硝酸铜初步分解，从而形成氧化铜单元，淀粉模板一是阻止氧化铜单元成长为大颗粒，二是淀粉分解产生的二氧化碳释放导致氧化铜颗粒中存在大量孔洞从而形使成的氧化铜具有泡沫状骨架结构。可以看到300℃时形成的碳骨架结构氧化铜中形成了孔径为1-10微米的多尺度孔洞，其壁由连续紧密堆积的纳米氧化铜颗粒构成。
对比例1
本对比例中提供了另外一种类型的含有碳骨架的铝热剂，基本同实施例1，区别之一在于：铝粉与碳骨架的结合方式不同。
S1：将与实施例1中用量相同的三水硝酸铜和水溶性淀粉加入到去离子水中，超声至完全溶解；
S2：采用喷雾干燥装置处理步骤S1所得的前驱体溶液，入口温度115℃，出口温度75℃，空气流速38m3/h，进料泵速率3mL/min，喷嘴气体流速500L/h，收集所得复合物；
S3：将步骤S2所得的复合物于管式炉中煅烧至300℃且保温1h，得到碳骨架氧化铜材料(以下简称C-CuO)。
S3：取与实施例1中相同量的铝粉，与所得C-CuO在正己烷溶液中进行超声混合得到n-Al/碳骨架氧化铜复合材料(以下简称n-Al/C-CuO-C)
与此同时，还检验了不同淀粉含量以及不同粒径铝粉对铝热剂反应性能和静电感度的影响(n-Al/C-CuO-A、n-Al/C-CuO-B)，实验结果见表1。
表1不同铝热剂对比
Figure BDA0003678494940000071
如上表所示n-Al@C-CuO相较于n-Al/C-CuO-C在降低静电感度方面显示出巨大优势，且最大峰压和升压速率也都有所提升，而在n-Al@C-CuO体系中随着铝粒子颗粒增大，最大峰压和升压速率稍有降低但是依旧表现出优异的静电感度特性。
对比例2
对比例2与实施例2具有相同的组分含量，区别在于煅烧温度不同，不同煅烧温度制备的C-CuO扫描电子显微镜图如图3c、d所示。当煅烧温度分别升高至400、500℃时，随着温度升高，淀粉碳化程度变大，最终表现为碳骨架中大孔直径变大。
实施例3
本实施例中提供了两种含有碳骨架的铝热剂，如图2所述，制备步骤如下：
S1：将三水硝酸铜、铝粉、水溶性淀粉加入到去离子水中，超声至完全溶解；
所述三水硝酸铜、铝粉的添加量以铝、铜的量来计算质量比为0.2：0.4，所述水溶性淀粉的添加量按照，以铝、铜的总量为A和碳的量为B来计算，所述A：B的质量比为0.6：0.15；
去离子水的用量按照淀粉/去离子水为1g/200mL的标准进行添加。
S2：采用喷雾干燥装置处理步骤S1所得的前驱体溶液，入口温度100℃，出口温度50℃，空气流速35m3/h，进料泵速率2mL/min，喷嘴气体流速400L/h，收集所得复合物；
S3：将步骤S2所得的复合物于管式炉中煅烧至300℃且保温0.5h，得到n-Al@C-CuO。
本方法制备得到的n-Al@C-CuO的碳骨架结构能够提供较大比表面积、1-10μm直径的孔来使单个氧化铜粒子尺寸在60nm左右的颗粒与n-Al进行接触，使得n-Al完全嵌入骨架结构当中，界面接触程度大大增强。
实施例4
本实施例中提供了两种含有碳骨架的铝热剂，如图2所述，制备步骤如下：
S1：将碳酸铜、铝粉、水溶性淀粉加入到去离子水中，超声至完全溶解；
所述碳酸铜、铝粉的添加量以铝、铜的量来计算质量比为0.25：0.5，所述水溶性淀粉的添加量按照，以铝、铜的总量为A和碳的量为B来计算，所述A：B的质量比为0.75：0.15；
去离子水的用量按照淀粉/去离子水为1g/50mL的标准进行添加。
S2：采用喷雾干燥装置处理步骤S1所得的前驱体溶液，入口温度120℃，出口温度80℃，空气流速40m3/h，进料泵速率4mL/min，喷嘴气体流速600L/h，收集所得复合物；
S3：将步骤S2所得的复合物于管式炉中煅烧至300℃且保温2h，得到n-Al@C-CuO。
本方法制备得到的n-Al@C-CuO的碳骨架结构能够提供较大比表面积、1-10μm直径的孔来使单个氧化铜粒子尺寸在180nm左右的颗粒与n-Al进行接触，使得n-Al完全嵌入骨架结构当中，界面接触程度大大增强。
实施例5
本实施例中提供了两种含有碳骨架的铝热剂，如图2所述，制备步骤如下：
S1：将醋酸铜、铝粉、葡萄糖加入到去离子水中，超声至完全溶解；
所述醋酸铜、铝粉的添加量以铝、铜的量来计算质量比为0.27：0.42，所述葡萄糖的添加量按照，以铝、铜的总量为A和碳的量为B来计算，所述A：B的质量比为0.69：0.31；去离子水的用量按照葡萄糖/去离子水为1g/150mL的标准进行添加。
S2：采用喷雾干燥装置处理步骤S1所得的前驱体溶液，入口温度100℃，出口温度50℃，空气流速35m3/h，进料泵速率2mL/min，喷嘴气体流速400L/h，收集所得复合物；
S3：将步骤S2所得的复合物于管式炉中煅烧至300℃且保温0.5h，得到n-Al@C-CuO。
本方法制备得到的n-Al@C-CuO的碳骨架结构能够提供较大比表面积、1-10μm直径的孔来使单个氧化铜粒子尺寸在200nm左右的颗粒与n-Al进行接触，使得n-Al完全嵌入骨架结构当中，界面接触程度大大增强。
实施例6
本实施例中提供了两种含有碳骨架的铝热剂，如图2所述，制备步骤如下：
S1：将氯化铜、铝粉、蔗糖加入到去离子水中，超声至完全溶解；
所述氯化铜、铝粉的添加量以铝、铜的量来计算质量比为0.4：0.5，所述蔗糖的添加量按照，以铝、铜的总量为A和碳的量为B来计算，所述A：B的质量比为0.9：0.4；去离子水的用量按照蔗糖/去离子水为1g/250mL的标准进行添加。
S2：采用喷雾干燥装置处理步骤S1所得的前驱体溶液，入口温度120℃，出口温度80℃，空气流速40m3/h，进料泵速率4mL/min，喷嘴气体流速600L/h，收集所得复合物；
S3：将步骤S2所得的复合物于管式炉中煅烧至300℃且保温2h，得到n-Al@C-CuO。
本方法制备得到的n-Al@C-CuO的碳骨架结构能够提供较大比表面积、1-10μm直径的孔来使单个氧化铜粒子尺寸在100nm左右的颗粒与n-Al进行接触，使得n-Al完全嵌入骨架结构当中，界面接触程度大大增强。

Claims (10)

1.一种含有碳骨架的铝热剂，其特征在于，所述含有碳骨架的铝热剂具备：
铝粒子；
氧化铜；
具有孔结构的碳骨架；
以及，不低于70mJ的最低静电感度；
其中，
部分或全部所述铝粒子附于所述碳骨架；
部分或全部所述氧化铜附于所述碳骨架；
以铝、铜的量来计算，所述铝、铜的质量比为(0.2～0.4)：(0.4～0.5)
以铝、铜的总量为A和碳的量为B来计算，所述A：B的质量比为(0.6～0.9)：(0.1～0.4)。
2.根据权利要求1所述的含有碳骨架的铝热剂，其特征在于，所述含有碳骨架的铝热剂具备：
碳骨架，所述碳骨架具有孔结构、且具有氧化铜；
铝粒子，所述铝粒子以嵌入形式附着于所述碳骨架，且存在与氧化铜产生接触的铝粒子；
以及，不低于100mJ的最低静电感度；
以铝、铜的量来计算，所述铝、铜的质量比为(0.25～0.35)：(0.4～0.5)；
以铝、铜的总量为A和碳的量为B来计算，所述A：B的质量比为(0.65～0.85)：(0.15～0.35)。
3.根据权利要求1所述的含有碳骨架的铝热剂，其特征在于，所述含有碳骨架的铝热剂具备：
碳骨架，所述碳骨架具有孔结构；
氧化铜粒子，所述氧化铜离子以嵌入形式附着于所述碳骨架；
铝粒子，所述铝粒子以嵌入形式附着于所述碳骨架，且存在与氧化铜粒子产生接触的铝粒子；
以及，不低于100mJ的最低静电感度；
其中，
以铝、铜的量来计算，所述铝、铜的质量比为(0.27～0.33)：(0.42～0.48)；
以铝、铜的总量为A和碳的量为B来计算，所述A：B的质量比为(0.67～0.81)：(0.19～0.31)；所述A+B的范围为0.95～1。
4.根据权利要求3所述的含有碳骨架的铝热剂，其特征在于，所述含有碳骨架的铝热剂具备：
(i)单个氧化铜粒子尺寸在50～200nm；
(ii)碳骨架的孔直径为1-10μm；
铝粒子嵌入所述碳骨架，并与氧化铜发生接触。
5.根据权利要求1-4任一所述的含有碳骨架的铝热剂，其特征在于，
所述碳骨架由含碳有机物经过高温处理后形成；
所述铝粒子由铝源经过高温处理形成；
所述氧化铜由铜源经过高温处理形成；
其中，
所述含碳有机物高温处理完成前，与铝源、铜源接触混合形成预混物，所述预混物进行高温处理得到铝热剂；
所述高温处理的温度300-500℃。
6.一种含有碳骨架的铝热剂的制备方法，其特征在于，
包括如下原料：
铝颗粒、铜源以及含碳有机物；
包括如下步骤：
S1、配制形成含有使铝颗粒、铜源以及含碳有机物的混合液；
S2、对混合液进行喷雾处理得到干燥的预混物；
S3、对预混物进行高温处理，得到所述含有碳骨架的铝热剂；
其中，S3中，所述高温处理的温度为300～500℃；时间为0.5～2h。
7.根据权利要求6所述的含有碳骨架的铝热剂的制备方法，其特征在于，
S2中，所述喷雾处理的工艺参数如下：
喷雾处理入口温度100-120℃；
喷雾处理出口温度50-80℃；
空气流速35-40m3/h；
进料泵速率2-4mL/min；
喷嘴气体流速400-600L/h。
8.根据权利要求6～7任一所述的含有碳骨架的铝热剂的制备方法，其特征在于，
所述铝颗粒、铜源的添加量需满足铝、铜的比例为(0.2～0.4)：(0.4～0.5)；
所述含碳有机物的添加量为B，以铝、铜的总量为A来计算，所述A：B的质量比为(0.6～0.9)：(0.1～0.4)。
9.根据权利要求8所述的含有碳骨架的铝热剂的制备方法，其特征在于，
所述铝颗粒的粒径为80～500nm；
所述铜源为可溶性铜盐。
10.根据权利要求8所述的含有碳骨架的铝热剂的制备方法，其特征在于，
所述可溶性铜盐包含但不限于任意种类、比例混合的硝酸铜、碳酸铜、醋酸铜、氯化铜；
所述含碳有机物包含但不限于任意种类、比例混合的水溶性淀粉、蔗糖、葡萄糖。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115417737A (zh) * 2022-09-28 2022-12-02 南京理工大学 一种氧化钼基铝热剂及其制备方法
CN116514616A (zh) * 2023-05-05 2023-08-01 中国万宝工程有限公司 Cl-20/rdx/金属有机骨架材料复合物及其制备方法、用途
CN116768687A (zh) * 2023-06-27 2023-09-19 北京理工大学 一种高感度fep基含能结构材料及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120216926A1 (en) * 2011-02-25 2012-08-30 Schroder Kurt A Method for Manufacturing Energetic Material Composites
CN106380086A (zh) * 2016-08-26 2017-02-08 南京理工大学 一种以多孔碳为骨架的纳米铝热薄膜及其制备方法
CN110480004A (zh) * 2019-08-29 2019-11-22 南京理工大学 水热法制备碳包覆纳米铝粉的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120216926A1 (en) * 2011-02-25 2012-08-30 Schroder Kurt A Method for Manufacturing Energetic Material Composites
CN106380086A (zh) * 2016-08-26 2017-02-08 南京理工大学 一种以多孔碳为骨架的纳米铝热薄膜及其制备方法
CN110480004A (zh) * 2019-08-29 2019-11-22 南京理工大学 水热法制备碳包覆纳米铝粉的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115417737A (zh) * 2022-09-28 2022-12-02 南京理工大学 一种氧化钼基铝热剂及其制备方法
CN115417737B (zh) * 2022-09-28 2023-09-01 南京理工大学 一种氧化钼基铝热剂及其制备方法
CN116514616A (zh) * 2023-05-05 2023-08-01 中国万宝工程有限公司 Cl-20/rdx/金属有机骨架材料复合物及其制备方法、用途
CN116768687A (zh) * 2023-06-27 2023-09-19 北京理工大学 一种高感度fep基含能结构材料及其制备方法和应用

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