《基於薄膜加熱器和納米含能材料的含能晶片機理研究》是依託香港城市大學深圳研究院，由張開黎擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於薄膜加熱器和納米含能材料的含能晶片機理研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：張開黎
- 依託單位：香港城市大學深圳研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於納米含能材料的微含能晶片具有高能量輸出、高可靠性、適於集成化和批量製造等優點，在先進武器和民爆器材的點火器件方面具有突出的套用前景。然而目前對含能晶片的研究尚處於初級階段，點火單元最佳化設計、含能材料集成方法、特別是含能晶片上的含能材料化學反應機理和晶片微尺度下含能材料燃燒傳播機理都不明確。本項目擬對新型薄膜微加熱器進行數值分析，最佳化結構設計；獲取基於微加熱器和納米含能材料的含能晶片的設計和加工方法；首次運用密度泛函與分子動力學方法研究含能晶片上的納米含能材料化學反應機理；通過創新型燃燒實驗與理論建模相結合，獲得含能晶片上的含能材料燃燒反應傳播規律。本項目研究將為含能晶片相關機理的認識和理解提供一套有效的方法，為高性能武器系統的微起爆器件的最佳化設計提供理論基礎，為微起爆器件的低成本集成化製造提供技術支撐；也可為含能晶片在航空航天、礦山爆破、石油開採、節日慶典等方面的套用提供科學依據。
結題摘要
基於納米含能材料的微含能晶片具有高能量輸出、高可靠性、適於集成化和批量製造等優點，在先進武器和民爆器材的點火器件方面具有突出的套用前景。然而目前對含能晶片的研究尚處於初級階段，點火單元最佳化設計、含能材料集成方法、特別是含能晶片上的含能材料化學反應機理和晶片微尺度下含能材料燃燒傳播機理都不明確。本項目採用了有限元電-熱模擬來預測微加熱器的性能，從而決定了最佳的薄膜微加熱器的設計與幾何尺寸。根據模擬得出最佳參數之後，使用微加工技術製作出了Au/Pt/Cr/SiO2 新型薄膜微加熱器。本項目成功製備出多種用於含能晶片的新型納米含能材料，並且對其進行了廣泛深入地表征研究。在矽基體上成功製備出了基於Al/CuO，Al/Co3O4，CuO/Mg，fluorocarbon/Mg等的含能材料，並成功將基於Mg/CuO、Mg/fluorocarbon、CuO/Mg/fluorocarbon等含能材料和Au/Pt/Cr/SiO2 新型薄膜微加熱器進行了集成，得到了基於不同含能材料的含能晶片。本項目對含能晶片上納米含能材料的化學反應和燃燒傳播現象和機理進行了研究，通過結合差示掃描量熱法、差熱-熱重分析、Kissinger方程等計算了納米含能材料的活化能和前指數因子，通過創新型燃燒實驗與理論建模相結合獲得了含能晶片上的含能材料燃燒反應傳播規律，並得到了一些其它有意義的結果。本項目研究發現基於Mg/CuO、Mg/fluorocarbon、CuO/Mg/fluorocarbon等的含能材料放熱反應所產生的高溫、壓力可以成功地實現點火功能，但不足以產生爆轟波從而在很大程度上限制了基於它們的含能晶片的套用。一個可能產生爆轟波的途徑是將這些含能材料和猛炸藥相整合。本項目研究將為含能晶片相關機理的認識和理解提供一套有效的方法，為高性能武器系統的微起爆器件的最佳化設計提供理論基礎，為微起爆器件的低成本集成化製造提供技術支撐；也可為含能晶片在航空航天、礦山爆破、石油開採、節日慶典等方面的套用提供科學依據。
