一种纳米铝热剂含能油墨的制备方法

1.本发明属于含能材料的制备技术领域，涉及一种纳米铝热剂含能油墨的制备方法。


背景技术：

2.21世纪早期，凭借优异的放热特性，纳米金属粉(al、mg等)与金属氧化物(cuo、 pb3o4等)、氟化物等氧化剂混合制备得到的具有精细结构的双组分或多组分含能亚稳态复合材料逐渐步入人们的视野，其被广泛应用于炸药、推进剂、反应碎片等军事领域。但随着mems火工品技术的发展，传统的加工方式已经不能满足亚稳态含能复合材料在微型火工品系统上的高度集成。
3.目前，亚稳态含能复合材料与火工品集成的方法有磁控溅射、电泳沉积、静电喷雾等，但此类方法成本高、不适合大批量生产。油墨直写成型技术是集计算机辅助设计、精密机械和材料学与一体的无模成型方法，可预先通过电脑编写cad程序，然后通过三维数控平台在基底上实现材料的逐层堆叠。该方法具有在微小尺寸上对材料进行批量化处理的优势，且不需要高温、高压处理，极大地增强了了纳米铝热剂的应用性。
4.油墨的配制对于含能材料的反应性能和成型效果至关重要。含能油墨通常由粘结剂、含能复合材料、溶剂组成。在油墨配方的设计过程中，粘结剂含量过多会降低含能材料的感度，粘结剂含量过少会影响材料在基底上的成型性并在打印过程中易堵塞针头。因此需要开发粘度适中、具有剪切稀化行为、高固含量的含能油墨。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种纳米铝热剂含能油墨的制备方法。该方法采用纳米铝粉和多孔氧化铜作为含能复合材料，hpmc作为粘结剂，dmf作为溶剂。能够有效地增加燃料与氧化剂之间的接触面积，提高反应性能，并具备良好的打印适性。
6.实现本发明目的的技术方案如下：
7.nal/pcuo/hpmc含能油墨的制备方法，包括以下步骤：
8.步骤1：采用三水合硝酸铜和尿素为原料，通过水热合成法制备多孔氧化铜前驱体。
9.步骤2：将氧化铜前驱体通过高温煅烧的方式获得片状多孔氧化铜。
10.步骤3：先将多孔氧化铜在异丙醇中超声分散，然后加入纳米铝粉进行超声混合。将悬浮液经过抽滤、干燥便可得到nal/pcuo含能复合材料。
11.步骤4：将羟丙基甲基纤维素(hpmc)溶于dmf中，经搅拌获得成均一的hpmc 溶液。
12.步骤5：将nal/pcuo含能复合材料加入到hpmc溶液中，经过搅拌和热凝胶化过程便可获得nal/pcuo/hpmc含能油墨。
13.优选的，水热合成的温度为100～150℃，反应时间为3～6h。
14.优选的，煅烧温度为500～600℃，煅烧时间为3～10h。
15.优选的，异丙醇的用量为50～100ml，超声混合的时间为10～60min。
16.优选的，纳米铝粉与多孔氧化铜的当量比为1～2。
17.优选的，纳米铝粉的活性为60％～75％。
18.优选的，dmf用量为3～5ml。
19.优选的，hpmc质量与溶剂的体积比为0.016～0.03g/ml，nal/pcuo纳米铝热剂的质量与油墨体积的比值为0.3～0.31g/ml。
20.优选的，凝胶化过程的温度为60～100℃。
21.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
22.(1)片状多孔氧化铜能够增大与纳米铝粉的接触面积，纳米铝热剂的反应性能提升；(2)氧化剂片状多孔的结构能够在一定程度上减少颗粒间的团聚现象(3)采用具有热凝胶化特性hpmc作为粘结剂，可在低粘结剂含量下将纳米铝热剂制备成粘度适中的含能油墨，制备方法简单，可适用于油墨直写成型。
附图说明
23.图1为实施例1中nal/pcuo/hpmc含能油墨的sem图。
24.图2为实施例1中nal/pcuo/hpmc含能油墨的dsc曲线图。
25.图3为实施例1中nal/pcuo/hpmc含能油墨在镍铬丝点火桥上的高速摄影图。
具体实施方式
26.以下通过实施例和附图对本发明作进一步说明：
27.实施例1
28.步骤1：将1.208g的三水合硝酸铜和0.3g的尿素溶解在50ml的去离子水中，搅拌 30min。
29.步骤2：将步骤1中的溶液倒入高压水热釜中进行水热合成，反应温度为130℃，反应时间为4h。
30.步骤3：将水热合成的产物经过滤、去离子水洗涤、无水乙醇洗涤、干燥获得多孔氧化铜前驱体。
31.步骤4：使用马弗炉对前驱体进行煅烧，煅烧温度为500℃，煅烧时间为4h。
32.步骤5：将多孔氧化铜加入50ml异丙醇中，超声分散40min，然后加入纳米铝粉再超声分散40min，最后磁力搅拌12h。
33.步骤6：将步骤5中超声分散后的悬浮液抽滤、洗涤、干燥，得到nal/pcuo含能复合材料。
34.步骤7：称取0.05g的hpmc于3ml dmf中，磁力搅拌2h。
35.步骤8：取0.95g步骤6中的nal/pcuo含能复合材料加入到hpmc溶液中，搅拌 24h，70℃下保温10min便可获得粘度适中的nal/pcuo/hpmc含能油墨。
36.图1为含能油墨的sem图，从图中可以看出氧化铜呈现多孔片状，纳米铝粉与氧化铜复合均匀。图2为含能油墨的dsc曲线，测试条件为：ar气氛，升温速率20k/min，温度区间为25～1000℃，气速为30ml/min。图3为含能油墨在镍铬丝点火桥上的发火时的高速摄影图。
37.实施例2
38.步骤1：将12.08g的三水合硝酸铜和3.003g的尿素溶解在500ml的去离子水中，搅拌30min。
39.步骤2：将步骤1中的溶液倒入高压水热釜中进行水热合成，反应温度为130℃，反应时间为4h。
40.步骤3：将水热合成的产物经过滤、去离子水洗涤、无水乙醇洗涤、干燥获得多孔氧化铜前驱体。
41.步骤4：使用马弗炉对前驱体进行煅烧，煅烧温度为500℃，煅烧时间为4h。
42.步骤5：将多孔氧化铜加入50ml异丙醇中，超声分散60min，然后加入纳米铝粉再超声分散60min，最后磁力搅拌12h。
43.步骤6：将步骤5中超声分散后的悬浮液抽滤、洗涤、干燥，得到nal/pcuo含能复合材料。
44.步骤7：称取0.06g的hpmc于3ml dmf中，磁力搅拌2h。
45.步骤8：取0.94g步骤6中的nal/pcuo含能复合材料加入到hpmc溶液中，搅拌 24h，70℃下保温10min便可获得粘度适中的nal/pcuo/hpmc含能油墨。
46.实施例3
47.步骤1：将24.16g的三水合硝酸铜和6.006g的尿素溶解在500ml的去离子水中，搅拌30min。
48.步骤2：将步骤1中的溶液倒入高压水热釜中进行水热合成，反应温度为130℃，反应时间为5h。
49.步骤3：将水热合成的产物经过滤、去离子水洗涤、无水乙醇洗涤、干燥获得多孔氧化铜前驱体。
50.步骤4：使用马弗炉对前驱体进行煅烧，煅烧温度为500℃，煅烧时间为5h。
51.步骤5：将多孔氧化铜加入50ml异丙醇中，超声分散40min，然后加入纳米铝粉再超声分散40min，最后磁力搅拌12h。
52.步骤6：将步骤5中超声分散后的悬浮液抽滤、洗涤、干燥，得到nal/pcuo含能复合材料。
53.步骤7：称取0.07g的hpmc于3ml dmf中，磁力搅拌2h。
54.步骤8：取0.93g步骤6中的nal/pcuo含能复合材料加入到hpmc溶液中，搅拌 24h，70℃下保温10min便可获得粘度适中的nal/pcuo/hpmc含能油墨。