《全緻密納米金屬基複合物微觀結構與反應機理的研究》是依託上海交通大學，由江治擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：全緻密納米金屬基複合物微觀結構與反應機理的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：江治
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
全緻密高活性納米金屬基複合材料是利用受阻反應球磨法製備的一系列高活性超細納米複合材料。從理論上來說，這一系列材料可以替代目前的單分子含能材料以及金屬燃料，並能極大提高燃燒效率和武器系統威力。本課題擬利用現代的化學表征手段包括原位X射線衍射、拉曼以及漫反射傅立葉紅外結合熱分析等，原位分析一系列不同元素組成的全緻密納米金屬基複合物在升溫過程或恆溫條件下晶形、晶相變化與相變過程，跟蹤其基體以及基體/複合物界面上可能形成的中間亞穩相以及最終穩定相。研究在升溫條件不同氣氛中可能出現的特殊晶相和合金態，研究在特殊氣氛下表面的吸附態。結合材料本身物化性質與反應活性的評估，材料結構特性、組成元素等與反應活性和反應機理之間相互影響規律的總結，進而確定反應機理與速控步驟，探索和發現相關體系構效關係的物理化學本質。實驗結果將有助於針對不同的套用需求設計合適的複合材料，達到指導材料合成和相應器件製備的目的。
結題摘要
利用受阻反應球磨法，本項目首先探索製備了化學計量比的鋁基全緻密高活性複合物，藉助現代分析手段，包含原位分析等，結合熱動力學分析，深入研究了微觀結構組成，結構特性與其熱分解和燃燒特性的關聯性。研究結果顯示2Al+3CuO的放熱反應可以用四個平行的最可幾動力學機理函式描述。隨著溫度升高，化學計量比全緻密納米金屬複合物在加熱條件下放熱反應的具體速控步分別為：氧化銅的熱分解、反應物種擴散通過表面,以及非晶氧化鋁以及多晶氧化鋁的成長等，其點火主要是由低溫氧化反應過程驅動，並且可以用熱分解動力學模型來描述。這一研究結果為理解Al+CuO納米複合物的非均相放熱反應與其燃燒特性的關聯性提供了最初的理論解釋。 在此基礎上，本項目研究探索製備了富燃料比的鋁基全緻密納米金屬複合物，包括鋁/氧化銅的比例分別為8:3，10:3,12:3的全緻密納米金屬複合物，藉助現代分析手段，包含原位分析等，結合熱動力學分析，深入研究了其微觀結構特性與其熱分解和燃燒特性的關聯性，考察了不同原料組分以及不同球磨條件對於富鋁全緻密納米複合物的合成以及燃燒特性的影響。研究顯示微米級的氧化銅，合適的過程控制劑的量以及球磨時間有助於高活性全緻密納米複合物的形成。研究還顯示使用超細氧化銅不利於納米複合物的形成，例如使用納米氧化銅的樣品中鋁基體表面納米氧化銅團聚並形成了薄膜，由於使用超細氧化銅不能有效的形成全緻密納米金屬複合物，這樣的團聚行為會降低納米複合物的反應活性。研究還顯示合成的納米複合物中均有部分局部鋁熱反應的產物。使用特定比例燃料/氧化劑，控制氧化劑微觀結構有助於控制獲得具最高燃燒效率的全緻密納米複合物。本項目還研究了特殊氣氛下，金屬氧化物微觀結構對燃燒產物的吸附影響，結果表明，在CuFe2O4的（100）表面，NO分子傾向於吸附在Fe原子頂位，形成N-Fe鍵。由於吸附作用，NO分子鍵長被拉長。這一研究結果為全緻密高活性納米複合材料在含氮氧化合物的環境中，如硝基推進劑中燃燒特性的研究提供了初步的研究基礎。針對全緻密納米金屬複合物合成方法中存在的問題（即易燃，易爆等），本研究還探索性的利用液相原位還原法合成了高分散的金屬-金屬氧化物複合物，該研究結果使得通過安全可控的液相法調控金屬/金屬氧化物界面微觀接觸程度，進入實現感度和活性調控成為可能。
