CN115611243B - 一种快速原位制备叠氮化铜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速原位制备叠氮化铜的制备方法,属于含能材料技术领域。首先配制叠氮化钠溶液,在冰浴条件下加入与叠氮化钠等摩尔量的盐酸溶液,震荡混匀,得到叠氮酸溶液;然后以含铜金属有机框架材料为前驱体,与叠氮酸溶液在‑10~20℃下反应30s~20min,反应完成后分离产物,乙醇洗涤,烘干得到叠氮化铜。相比于传统的气‑固叠氮方法具有耗时短、工艺简单、条件温和的优点,有利于大规模的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速原位制备叠氮化铜的制备方法,属于含能材料技术领域。
背景技术
近年来,为适应武器装备信息化、微型化以及智能化的发展要求,火工品也开始向功能多元化、换能元信息化、结构微型化、序列集成化的微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)火工品方向发展。MEMS火工品的最大特点就是微型化,在有限的空间集成更多的功能,这就要求换能元,装药结构尺度要在微米量级,核心器件尺度为亚毫米量级,系统尺度为毫米量级。由于MEMS火工品的高度集成化,因此容纳药剂的空间十分有限,这就对装填药剂提出了更高的要求,需要装药量尽可能少,起爆力尽可能强的高能起爆药。而传统的二硝基重氮酚、叠氮化铅以及斯蒂酚酸铅等起爆药无法满足其能量输出要求,不适合作为MEMS火工品的装药。
叠氮化铜是一种绿色高能的起爆药,相比于铅类起爆药,它不含有毒重金属,对环境友好,并且起爆能力更强,在MEMS微型起爆系统中具有重要的研究和应用价值。但由于其极高的感度,特别是静电感度,在合成、转移以及装药等过程中存在极大的安全隐患,使其无法被实际应用。为了解决这一问题,研究人员们做了大量的工作来提高叠氮化铜的安全性。鉴于目前绝大部分关于叠氮化铜的制备都是以铜或其氧化物为前驱体,利用气-固法进行叠氮化,其存在的问题一是前驱体过于单一,不利于对其形貌和位置的调控;二是气-固法反应时间过长,效率较低。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种快速原位叠氮化铜的制备方法。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种快速原位叠氮化铜的制备方法,方法步骤包括:
(1)配制叠氮化钠溶液,在冰浴条件下加入与叠氮化钠等摩尔量的盐酸溶液,震荡混匀,得到叠氮酸溶液;
(2)以含铜金属有机框架材料为前驱体,与叠氮酸溶液在-10~20℃下反应30s~20min,反应完成后分离产物,乙醇洗涤,烘干得到叠氮化铜。
优选地,所述含铜金属有机框架材料为2-甲基咪唑铜和/或苯并咪唑铜。
优选地,所述2-甲基咪唑铜通过以下方法制备得到:将铜盐水溶液滴加到2-甲基咪唑水溶液中,20~50℃下反应30min以上,收集固体,洗涤、干燥得到2-甲基咪唑铜。
优选地,所述苯并咪唑铜通过以下方法制备得到:将铜盐水溶液滴加到苯并咪唑水溶液中,20~70℃下反应30min以上,收集固体,洗涤、干燥得到苯并咪唑铜。
优选地,所述铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜和醋酸铜中的一种以上。
优选地,所述叠氮酸溶液的浓度为0.05~1M。
有益效果
1.本发明在液相中原位制备叠氮化铜的方法相比于传统的气-固叠氮方法具有耗时短、工艺简单、条件温和的优点,有利于大规模的应用,可以根据实际需求,通过调节叠氮酸溶液的浓度以及叠氮化反应时间来调节最终产物的叠氮化程度,可操作性强。
2.本发明利用金属有机框架材料为前驱体,使得制备金属有机框架材料的众多方法可以直接应用于制备叠氮化铜前驱体,从而实现对叠氮化铜形貌和位置进行调控,满足不同条件下的装药要求,拓展了叠氮化铜前驱体的可选择范围以及制备方法。
3.前驱体材料来源广泛,不再局限于铜和铜氧化物,本发明适用于各种不同形貌的前驱体转化为叠氮化铜。
附图说明
图1为实施例1中所述2-甲基咪唑铜的样品图。
图2为实施例3中所述叠氮化铜粉末样品图。
图3为实施例3中所述叠氮化铜X射线衍射(XRD)图谱。
图4为实施例3中所述叠氮化铜红外光谱(FT-IR)图。
图5为实施例3中所述叠氮化铜DSC曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
称取0.82g 2-甲基咪唑溶于30mL去离子水,称取2.41g三水合硝酸铜溶于10mL去离子水,以2-甲基咪唑水溶液为底液,在50℃的恒温水浴条件下,向其中滴加硝酸铜溶液,滴加完毕后继续反应30min后,真空抽滤,滤饼分别用冷水和乙醇洗涤数次,再真空烘干,得蓝色2-甲基咪唑铜粉末样品,如图1所示。
实施例2
称取1.18g苯并咪唑溶于30mL去离子水,称取2.41g三水合硝酸铜溶于10mL去离子水,以苯并咪唑水溶液为底液,在70℃的恒温水浴条件下,向其中滴加硝酸铜溶液,滴加完毕后继续反应30min后,真空抽滤,滤饼分别用冷水和乙醇洗涤数次,再真空烘干,得蓝色苯并咪唑铜粉末样品。
实施例3
配置浓度为0.2M叠氮化钠溶液,取10mL置于容量25mL玻璃瓶中,在冰浴条件下加入等摩尔量质量分数为37%的盐酸溶液。将2-甲基咪唑铜粉末加入到配置的叠氮酸溶液中,反应30s后,2-甲基咪唑铜粉末的颜色由蓝色全部转化为黑色,过滤,乙醇洗涤,烘干得到终产物,如图2所示。
所述终产物的XRD测试结果如图3所示,所述终产物的FT-IR结果如图4所示,所述终产物的DSC曲线如图5所示,结果表明终产物为叠氮化铜。
实施例4
配置浓度为0.2M叠氮化钠溶液,取10mL置于容量25mL玻璃瓶中,在冰浴条件下加入等摩尔量质量分数为37%的盐酸溶液。将苯并咪唑铜粉末加入到配置的叠氮酸溶液中,反应30s后,蓝色苯并咪唑铜粉末全部转化为黑色的粉末,过滤,乙醇洗涤,烘干得到终产物。
所述终产物的XRD、FT-IR和DSC结果表明,终产物为叠氮化铜。
实施例5
配置浓度为0.1M叠氮化钠溶液,取10mL置于容量25mL玻璃瓶中,在冰浴条件下加入等摩尔量质量分数为37%的盐酸溶液。将2-甲基咪唑铜粉末加入到配置的叠氮酸溶液中,反应60s后,蓝色2-甲基咪唑铜粉末全部转化为黑色的叠氮化铜,过滤,乙醇洗涤,烘干得到终产物。
所述终产物的XRD、FT-IR和DSC结果表明,终产物为叠氮化铜。
实施例6
配置浓度为0.1M叠氮化钠溶液,取10mL置于容量25mL玻璃瓶中,在冰浴条件下加入等摩尔量质量分数为37%的盐酸溶液。将苯并咪唑铜粉末加入到配置的叠氮酸溶液中,反应60s后,蓝色苯并咪唑铜粉末全部转化为黑色的叠氮化铜,过滤,乙醇洗涤,烘干得到终产物。
所述终产物的XRD、FT-IR和DSC结果表明,终产物为叠氮化铜。
综上所述,发明包括但不限于以上实施例,凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进,都将视为在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种快速原位叠氮化铜的制备方法,其特征在于:方法步骤包括:
(1)配制叠氮化钠溶液,在冰浴条件下加入与叠氮化钠等摩尔量的盐酸溶液,震荡混匀,得到叠氮酸溶液;
(2)以含铜金属有机框架材料为前驱体,与叠氮酸溶液在-10~20℃下反应30s~20min,反应完成后分离产物,乙醇洗涤,烘干得到叠氮化铜。
2.如权利要求1所述的一种快速原位叠氮化铜的制备方法,其特征在于:所述含铜金属有机框架材料为2-甲基咪唑铜和/或苯并咪唑铜。
3.如权利要求2所述的一种快速原位叠氮化铜的制备方法,其特征在于:所述2-甲基咪唑铜通过以下方法制备得到:将铜盐水溶液滴加到2-甲基咪唑水溶液中,20~50℃下反应30min以上,收集固体,洗涤、干燥得到2-甲基咪唑铜。
4.如权利要求2所述的一种快速原位叠氮化铜的制备方法,其特征在于:所述苯并咪唑铜通过以下方法制备得到:将铜盐水溶液滴加到苯并咪唑水溶液中,20~70℃下反应30min以上,收集固体,洗涤、干燥得到苯并咪唑铜。
5.如权利要求3或4所述的一种快速原位叠氮化铜的制备方法,其特征在于:所述铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜和醋酸铜中的一种以上。
6.如权利要求1所述的一种快速原位叠氮化铜的制备方法,其特征在于:所述叠氮酸溶液的浓度为0.05~1M。
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GR01 | Patent grant | ||
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