CN115557822B - 一种金属气凝胶原位复合飞片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属气凝胶原位复合飞片，属于动高压加载技术领域，其通过将金属气凝胶与高分子薄膜飞片进行原位复合制备得到。制备得到的金属气凝胶原位复合飞片具有抗电磁辐射的能力，并且金属气凝胶复合飞片在加速膛内的加速过程和飞行姿态均受到了金属气凝胶的良好调控。

Description

一种金属气凝胶原位复合飞片
技术领域
本发明属于动高压加载技术领域，更具体地说，本发明涉及一种金属气凝胶原位复合飞片。
背景技术
冲击片雷管因其高安全性和可靠性被广泛应用于各种武器系统中，但是随着技术的不断发展，战场环境和外部环境不断恶化，电磁环境方面尤为凸显，因此进一步提高冲击片雷管的抗电磁干扰能力是十分必要的。从冲击片雷管的结构来看，其中空的加速膛是可能存在的电磁辐射通道，常用的高分子薄膜飞片也不具备抗电磁辐射加固功能；同时多项研究表明高分子薄膜飞片在加速膛中的飞行过程会导致飞行姿态的变化，不利于保证对炸药撞击的平面性，从而影响冲击片雷管的使用性能。
金属气凝胶材料是由微纳米尺度的金属或合金骨架和孔洞相互连接堆积而成，具有连续三维网络结构的特殊材料，其孔隙率一般大于95％，甚至大于99％。它具有高比表面积、低密度、高孔隙率、低屈服强度、高回弹性、高可塑性、高可压缩性和高界面适应性等优异特性，使其在许多应用领域，都呈现出极好的效果，这些领域涉及到储氢、电磁屏蔽、燃料电池、催化领域等等。具有微纳米结构的金属气凝胶材料密度极低，塑性和可压缩性极高，在1MPa以下的极小压力下就可以被压缩为近固体密度金属箔材。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种金属气凝胶原位复合飞片，其通过将金属气凝胶与高分子薄膜飞片进行原位复合制备得到。
一种金属气凝胶原位复合飞片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、以微纳米材料为主要原料，加入分散剂混合后，常温下配置成一定浓度的微纳米材料分散液；
步骤二、将步骤一中微纳米材料分散液添加到冲击片雷管的加速膛中，微纳米材料分散液填充整个加速膛，对加满微纳米材料分散液的加速膛进行冷冻处理，微纳米材料分散液在其凝固点以下温度冷冻为固体，即得到了金属气凝胶，金属气凝胶与加速膛内的高分子薄膜飞片原位复合，得到冷冻块；
步骤三、采用冷冻干燥的方法，在一定真空度下将步骤二的冷冻块进行干燥，去除分散剂，在冲击片雷管中获得金属气凝胶原位复合飞片。
优选的是，其中，所述步骤一中，微纳米材料为微纳米线、微纳米管、空心球壳中的一种或多种，微纳米线、微纳米管和空心球壳的材质包括但不限于金、银、铂、钯、铜、铁、镍或金银合金、铜镍合金、铁镍合金中的一种。
优选的是，其中，所述步骤一中，微纳米材料的直径在10nm～10μm之间，长度在1μm～500μm之间。
优选的是，其中，所述步骤一中，分散剂包括但不限于水、二氧六环或叔丁醇中的一种或多种，分散剂的凝固点在-60℃～20℃之间。
优选的是，其中，所述步骤一中，微纳米材料分散液的浓度在2mg/mL～500mg/mL之间，即微纳米材料和分散剂的质量体积比为2mg:1mL～500mg:1mL，这里由于分散剂的体积用量较少，直接将使用的分散剂的体积视为配制得到的微纳米材料分散液的体积。
优选的是，其中，所述步骤三中，真空度小于100Pa。
优选的是，其中，微纳米材料分散液中的微纳米材料越多，金属气凝胶的孔隙率就越大，密度就越小；所述金属气凝胶的孔隙率在90.00％～99.98％之间可调，密度在2mg/cm3～500mg/cm3之间可调。
优选的是，其中，步骤二中替换为：将不同浓度的微纳米材料分散液分批分层先添加再冷冻再添加再冷冻循环，获得具有梯度密度分布的金属气凝胶复合飞片。
本发明至少包括以下有益效果：本发明提供了一种金属气凝胶原位复合飞片，其将密度在10mg/cc量级的金属气凝胶与高分子薄膜飞片进行原位复合制备得到，制备得到的金属气凝胶复合飞片具有抗电磁辐射的性能，并且金属气凝胶能够调控加速膛中金属气凝胶复合飞片的加速过程和飞行姿态；同时，在制备过程中通过调节微纳米材料的化学成分、显微结构或者调节分散剂的浓度，能够进一步调节金属气凝胶复合飞片的抗电磁性能、在加速膛中的加速过程和飞行姿态。同时，将不同浓度的微纳米材料分散液分批分层先添加再冷冻再添加再冷冻循环，获得具有梯度密度分布的金属气凝胶复合飞片，获得具有梯度密度分布的金属气凝胶复合飞片，可以调控复合飞片的抗电磁性能、加速过程和飞行姿态。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明提供的金属气凝胶与高分子薄膜飞片在加速膛中的原位复合结构示意图；
图2为实施例2中的银纳米气凝胶的实物图；
图3为实施例2银纳米气凝胶的显微结构示意图；
图4为测试本发明制备得到的金属气凝胶原位复合飞片的电磁屏蔽原理示意图；
图5为本发明的金属气凝胶原位复合飞片的飞行姿态示意图；
图6为传统聚合物飞片撞击高速摄像结果示意图；
图7为本发明制备得到的金属气凝胶原位复合飞片撞击高速摄像结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
本实施例提供了一种金属气凝胶原位复合飞片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、以银纳米线为原料，向银纳米线中加入二氧六环，常温下配置银纳米线浓度为5mg/mL的银纳米线分散液，使用的银纳米线的直径约为100nm，长度约为20μm；
步骤二、将步骤一中银纳米线分散液添加到冲击片雷管的加速膛中，加速膛的直径为0.6mm，长度为0.8mm，银纳米线分散液填充整个加速膛；将加满银纳米线分散液的加速膛置于﹣60℃的冰箱中冷冻1h以上，银纳米线分散液在其凝固点以下温度冷冻为固体，即得到了银纳米线气凝胶，银纳米气凝胶与加速膛内的高分子薄膜飞片原位复合，得到冷冻块；如图1所示，银纳米气凝胶2完全填满炮筒3的整个加速膛4，银纳米气凝胶的下方为高分子薄膜飞片1，高分子薄膜飞片的下方依次为铜箔5和基底6；
步骤三、采用冷冻干燥的方法，在10Pa的真空度下对步骤二的冷冻块进行干燥，冷冻干燥时间为12h，去除分散剂，在冲击片雷管的中获得密度为5mg/cm3的银纳米线气凝胶复合飞片。
实施例2
本实施例提供的金属气凝胶原位复合飞片的制备方法中，配置的纳米银线分散液浓度为10mg/mL，其余操作与实施例1相同，制备得到的银钠米线气凝胶复合飞片的密度为10mg/cm3。
实施例3
本实施例提供的金属气凝胶原位复合飞片的制备方法中，配置的纳米银线分散液浓度为15mg/mL，其余操作与实施例1相同，制备得到的银钠米线气凝胶复合飞片的密度为15mg/cm3。
实施例4
本实施例提供的金属气凝胶原位复合飞片的制备方法，步骤如下：
步骤一、使用直径为0.6mm，长度为20μm银纳米线和二氧六环，分别配置等量的浓度分别为5mg/mL、10mg/mL、15mg/mL和20mg/mL的银纳米线分散液；
步骤二、将步骤一制备得到的5mg/mL、10mg/mL、15mg/mL和20mg/mL的银纳米线分散液，分批次加入至加速膛中，加速膛的直径为为0.6mm，长度为0.8mm，先加入浓度为5mg/mL的银纳米线分散液，将加速膛置于﹣60℃的冰箱中冷冻30min，然后加入浓度10mg/mL的银纳米线分散液，并在相同温度下冷冻30min，加入浓度为15mg/mL的银纳米线分散液，同样在相同温度下冷冻30min，最后加入浓度为20mg/mL的银纳米线分散液，在相同温度下冷冻30min，最后四层银纳米线分散液均冷冻为冷冻块，由此得到加速膛中具备四层等厚度的银纳米线气凝胶的冲击片雷管；
步骤三、采用冷冻干燥的方法，在10Pa的真空度下对步骤二的冷冻块进行干燥，冷冻干燥时间为12h，去除分散剂，在冲击片雷管中获得梯度密度分布的银纳米气凝胶复合飞片。
具有不同密度的气凝胶复合飞片，可以对飞片的性能进行调控。复合飞片的电磁屏蔽原理如图4所示，采用示波器8连接两个脉冲电磁场探头7，将两个脉冲电磁场探头置于两个炮筒之间，且其中一个炮筒的加速膛一侧朝向脉冲电磁探头，其基底一侧施加电爆炸电磁场，另一个炮筒的基底6朝向脉冲电磁探头，其炮筒一侧施加环境电磁场，通过两个脉冲电磁探头探测分别探测穿过炮筒的电爆炸电磁场和环境电磁场，并在示波器上记录信号波形，从结构上来看电爆炸电磁场和环境电磁场都可以被金属气凝胶屏蔽。飞片的飞行姿态示意图如图5所示，飞片被电爆炸驱动以后，金属气凝胶受到飞片和电爆炸等离子体9的挤压，金属气凝胶被压缩为薄壁实体金属片，图5中阴影部分表示被压缩的金属气凝胶，对金属气凝胶复合飞片的飞行过程进行整形控制。图6为传统聚合物飞片撞击高速摄像结果，图7为金属气凝胶原位复合飞片撞击高速摄像结果，从中可以看出金属气凝胶使得撞击界面形态由弧面变为平面，金属气凝胶对飞片飞行形态有调控效果。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种金属气凝胶原位复合飞片，其特征在于，其通过将金属气凝胶与高分子薄膜飞片进行原位复合制备得到；
具体包括以下步骤：
步骤一、以微纳米材料为主要原料，加入分散剂混合后，常温下配置成一定浓度的微纳米材料分散液；
步骤二、将步骤一中的微纳米材料分散液添加到冲击片雷管的加速膛中，微纳米材料分散液填充整个加速膛，对加满微纳米材料分散液的加速膛进行冷冻处理，微纳米材料分散液在其凝固点以下温度冷冻为固体，即得到了金属气凝胶，金属气凝胶与加速膛内的高分子薄膜飞片原位复合，得到冷冻块；
步骤三、采用冷冻干燥的方法，在一定真空度下将步骤二的冷冻块进行干燥，去除分散剂，在冲击片雷管中获得金属气凝胶原位复合飞片。
2.如权利要求1所述的金属气凝胶原位复合飞片的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，微纳米材料为微纳米线、微纳米管、空心球壳中的一种或多种，微纳米线、微纳米管和空心球壳的材质包括金、银、铂、钯、铜、铁、镍或金银合金、铜镍合金、铁镍合金中的一种。
3.如权利要求1所述的金属气凝胶原位复合飞片的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，微纳米材料的直径在10nm~10μm之间，长度在1μm~500μm之间。
4.如权利要求1所述的金属气凝胶原位复合飞片的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，分散剂包括水、二氧六环或叔丁醇中的一种或多种，分散剂的凝固点在-60℃~20℃之间。
5.如权利要求1所述的金属气凝胶原位复合飞片的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，微纳米材料分散液的浓度在2mg/mL~500mg/mL之间，即微纳米材料和分散剂的质量体积比为2mg:mL~500mg:mL。
6.如权利要求1所述的金属气凝胶原位复合飞片的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，真空度小于100Pa。
7.如权利要求1所述的金属气凝胶原位复合飞片的制备方法，其特征在于，所述金属气凝胶的孔隙率在90.00％~99.98％之间，密度在2mg/cm3~500mg/cm3之间。
8.如权利要求1所述的金属气凝胶原位复合飞片的制备方法，其特征在于，步骤二中替换为：将不同浓度的微纳米材料分散液分批分层先添加再冷冻再添加再冷冻循环，获得具有梯度密度分布的金属气凝胶复合飞片。
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