《微結構含能器件原位合成技術》是依託南京理工大學，由葉迎華擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：微結構含能器件原位合成技術
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：葉迎華
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對微火工品輸出能量小、製作工藝困難等問題，提出微結構含能器件設計新方法，研究納米疊氮化銅原位合成技術及微結構含能器件的集成製造技術。採用電化學方法製備納米銅格線，利用納米銅格線具有極高的比表面積和反應活性的特點，實現高能量密度、低極限起爆藥劑的可控、原位合成，消除傳統裝壓藥的安全隱患。藉助SEM、TEM、BET、DSC、TG-DTA等分析方法，探討不同條件下納米銅結構與原位疊氮化程度及疊氮化產物物理和化學性能之間的規律，研究原位反應機理，建立納米銅格線疊氮化反應模型；利用薄膜沉積、掩膜、光刻等技術製作Al/CuO/Al反應性複合橋膜，研究不同工藝條件下的複合橋膜的電爆特性規律，解決小橋的點火能力低的問題。通過基於MEMS的集成封裝工藝技術，探索微爆炸陣列、含能器件系統集成的新方法。為研究用於MEMS引信安保機構及微衛星姿態控制的微小型火工品提供科學依據。
結題摘要
通過氫氣泡動態模板法沉積製備了具有三維蜂窩狀孔洞形貌的多孔銅，其孔壁由分形納米銅晶枝、納米銅棒、納米銅顆粒組成。研究了不同工藝條件對多孔銅形貌特性的影響，通過控制添加劑種類和電沉積參數可有效控制多孔銅的晶枝形貌和孔徑分布。採用場發射掃描電鏡和雷射共聚焦顯微鏡對多孔銅的晶枝形貌和孔徑分布進行表征。研究了三維多孔微-納米結構疊氮化銅(Cu(N3)2)原位合成機理及影響目標產物的主要因素，並初步設計製備了基於三維多孔微-納米結構疊氮化銅(Cu(N3)2)原位合成的MEMS含能器件。 三維多孔微-納米結構疊氮化銅(Cu(N3)2)是由疊氮酸(HN3)和三維多孔銅(PCu)薄膜(1cmx1cm)的原位反應12h ~48h製備。 疊氮化反應時間對疊氮化產物影響較大，疊氮化反應12h，反應製備的產物為較純的CuN3，反應24h和36h時均為Cu(N3)2和CuN3的混合物，而疊氮化反應48h後得到的是較純的Cu(N3)2。由此可以推斷疊氮化機理是：PCu首先與HN3反應生成疊氮化亞銅(CuN3)，隨著反應時間的增加，CuN3繼續與HN3反應生成Cu(N3)2，疊氮化反應48h左右即可得到純Cu(N3)2。 疊氮化反應中，銅的價態影響疊氮化反應產物：當疊氮化反應時間均為12h，純多孔銅(即0價銅)，疊氮化產物均為CuN3；但多孔銅經過部分氧化後，含有CuO、Cu2O和單質銅，其疊氮化反應的產物同時存在CuN3和Cu(N3)2。說明CuO與單質銅相比，更易與HN3反應生成Cu(N3)2。 電解液中的添加劑影響PCu的形貌，但對製備的Cu(N3)2形貌影響不大，PCu部分氧化後進行疊氮化反應24h之後，三種電解液製備的Cu(N3)2均為斜方晶系，沿(110)晶面擇優生長，垂直分散生長在原來的銅晶枝四周。但熱分析表明加入添加劑NaCl和(NH4)2SO4的電解液製備的多孔銅疊氮化程度最大，這是因為加入NaCl和(NH4)2SO4後製備的PCu孔壁縫隙大，表面粗糙度較大，增加了PCu與HN3的接觸面積，進而增加疊氮化程度。 初步設計和製備了基於Cu(N3)2的含能器件，並在25V下成功觸發，用高速攝影儀記錄了點火過程，Cu(N3)2反應迅速，並釋放大量N2，可大大提高爆炸威力。
