纳米NiO/CNTs和Co3O4/CNTs对AP及HTPB/AP推进剂热分解的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉淀法制备了纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子,应用TEM、SEM、XRD、EDS、BET等方法对产物形貌、结构进行了表征,并用DSC研究了纳米N iO、Co3O4、CNTs等单一粒子及纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子对AP及HTPB/AP推进剂热分解的催化作用。结果表明,纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。纳米N iO、Co3O4、CNTs等单一粒子和纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子均能使AP及HTPB/AP推进剂热分解的高温分解峰温降低、表观分解热增加,表现出良好的催化性能。相比而言,纳米复合粒子的催化性能均优于其相应单一组分,表现出良好的正协同作用。复合粒子中以Co3O4/CNTs复合粒子的催化效果最为显著,使AP和HTPB推进剂的高温分解峰温降低了153.06℃和60.0℃,使总表观分解热分别增加了1 163 J/g和920 J/g。     

大比表面积α-Fe2O3的制备及其催化性能研究

用沉淀水解法制备了大比表面积的亚微米α-Fe2O3粒子,并用SEM、XRD、FTIR和BET对其结构和形态进行了表征。结果表明,α-Fe2O3粒子的分散性较好,粒径为200 nm,比表面积为69.7 m2/g。用DTA研究了α-Fe2O3粒子对AP热分解的催化性能。结果表明,Fe2O3粒子对AP热分解的催化性能与其粒径及比表面积有很大关系。Fe2O3粒子对AP热分解的催化能力大小依次为本实验制备的Fe2O3粒子>纳米Fe2O3粒子(40 nm)>市售的Fe2O3粒子(0.2μm)。     

碳纳米管/HTPB复合粒子的制备及其催化性能研究

用HTPB对碳纳米管（CNTs）进行改性,改善其对AP热分解的催化性能,并使用TEM和FTIR对其进行表征。热重分析表明,CNTs／HTPB复合粒子中HTPB的含量为28．57％。采用差示热分析（DTA）研究了CNTs／HTPB复合粒子对AP热分解的催化性能。结果表明,CNTs／HTPB复合粒子对AP的热分解具有一定的催化性能,与纯AP相比,高温分解峰温提前了111．9℃,表观分解热由309．92J／g提高到987．18J／g,优于CNTs与AP的简单混合样,表明经过HTPB改性后CNTs对AP具有较好催化性能,同时AP与CNTs／HTPB复合可使其高温分解峰温进一步降低9．8℃。     

纳米Ni／CNTs对AP／HTPB推进剂热分解及燃烧性能的影响

采用化学液相沉淀法制备了纳米Ni/CNTs复合催化剂,用SEM、XRD、XPS对纳米Ni/CNTs的形貌、微观结构、组成进行了表征,采用DSC研究了其对AP和AP/HTPB推进剂热分解的催化性能,并考察了纳米Ni/CNTs对AP/HTPB推进剂燃速和压强指数的影响.结果表明,纳米Ni能够均匀包覆在CNTs表面,纳米Ni/CNTs可显著降低AP及AP/HTPB推进剂的热分解峰峰温,使AP及AP/HTPB的总表观分解热明显增大,并能有效提高AP/HTPB推进剂的燃速和降低其压强指数.相同量的纳米Ni/CNTs、纳米Ni和纯CNTs进行对比,纳米Ni/CNTs具有更好的催化性能,表现出较好的正协同催化效应.     

纳米NiCu复合粉对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用

制备了不同Ni、Cu比例的纳米NiCu复合粉,用差示热分析(DTA)法研究了纳米NiCu复合粉对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用。结果表明,纳米NiCu复合粉可显著降低AP以及AP/HTPB推进剂的热分解峰温,使总表观分解热明显增大,表现出显著的催化效果。Ni与Cu的比例对纳米NiCu复合粉的催化性能有较大的影响,随着Cu含量的增加,催化性能增强,以Ni60Cu40的催化效果最好。随着纳米NiCu复合粉加入量的增加,其催化作用增强。探讨了纳米NiCu复合粉催化AP热分解的作用机理。     

纳米AP/Fe_2O_3复合氧化剂的制备及其机械感度和热分解特性

利用溶胶-凝胶法,通过引入1,2-环氧丙烷作为Fe(Ⅲ)离子的水解促进剂,在温和、无毒的条件下制备了纳米AP/Fe2O3的湿凝胶,经超临界干燥后得到AP/Fe2O3纳米复合氧化剂的气凝胶.利用TEM、SEM、EDS和DSC时样品微观形貌、表面元素组成和热分解特性进行了研究,并测试了它们的撞击和摩擦感度.结果表明,该复合氧化剂具有纳米尺寸,其中AP粒度在50～90 nm之间,Fe2O3粒度约加nm.AP/Fe2O3撞击感度普遍高于纯AP撞击感度.但AP/Fe2O3摩擦感度低于纯AP摩擦感度.另外,AP/Fe2O3分解放热峰温度较纯AP有很大程度提前,放热量也显著增加,其中含90%AP的纳米复合氧化剂高、低温分解峰较纯AP分别提前了124.96 ℃和113.02℃,放热量增加了438.85%.     

纳米CuO的制备及与高氯酸铵复合方式对其热分解的影响

用室温固相反应法制备了纳米CuO,用XRD表征了其物相,用TEM观察了其形貌,比较了煅烧对产品粒径和分散性的影响。用干法研磨、湿法研磨、溶剂-非溶剂法、喷雾干燥溶剂-非溶剂法4种复合方法制备了CuO/AP复合粒子,用TG-DSC测定了复合粒子热分解温度、分解速率和表观分解热,用SEM观察了复合粒子的形貌。结果表明,煅烧后的CuO颗粒容易聚集;4种复合方法均能大幅降低AP的分解温度。其中,以喷雾干燥溶剂-非溶剂法最能充分利用CuO对AP的催化性能,与不加CuO相比,AP的低温分解放热峰温降低了42.7℃,高温分解放热峰温降低了113.1℃,表观分解热增加了110.9%。制备方法会影响CuO的分散性和AP粒子的形貌,进而影响AP的热分解过程。     

CuO/CNTs复合催化剂的制备及对FOX-12热分解的催化性能

以醋酸铜和碳纳米管为原料,采用溶胶浸渍法在常压低温(100℃)下制备出CuO/CNTs复合催化剂,采用XRD、TEM、ICP等对催化剂进行表征,并用DSC研究催化剂对FOX-12热分解特性的影响。TEM结果表明,纳米CuO以8~10 nm的椭球形粒子和宽度为5 nm、长度为50 nm的棒状粒子2种形态附着在碳纳米管表面。催化剂使FOX-12分解峰温降低、放热量增加、表观活化能降低,表现出良好的催化性能。当FOX-12与催化剂以质量比5:1混合时,FOX-12热分解峰温降低了20.3℃,ΔH增加了332 J/g。     

纳米Co-B空心球的制备及其催化性能研究

采用新颖的模板法制备了具有较大比表面积的纳米Co-B空心球,并用XRD、TEM和BET对其结构和形貌进行了表征,研究表明,制备出的Co-B空心球为非晶态、分散性良好且粒径约为100 nm、比表面积高达84.62 m2/g.另外,采用DTA研究了Co-B空心球对AP热分解的催化性能,研究发现,Co-B空心球对AP的热分解具有很好的催化活性,添加5%时可使其高温分解峰峰温降低160.5 ℃,表观分解热增加0.855 kJ/g.     

2,4-二硝基咪唑含能锂盐的热分解行为及其对AP热分解的催化作用

为寻求2,4-二硝基咪唑为配体的新型含能催化剂,以2,4-二硝基咪唑和碳酸锂为原料,丙酮为反应溶剂,合成了2,4-二硝基咪唑含能锂盐(Li-DNI)。采用元素分析,1HNMR,13CNMR和XPS表征其结构。采用TG-DTG和DSC分析了Li-DNI的热分解行为及Li-DNI与高氯酸铵(AP)热分解反应过程中的互为催化反应。用Kissinger公式和Ozawa公式计算了Li-DNI热分解反应的表观活化能及Li-DNI/AP混合物在低温分解阶段(LTD)和高温分解阶段(HTD)的非等温反应动力学参数。结果表明,Li-DNI分子式为Li C3HN4O4·H2O。Li-DNI热分解过程主要由一个吸热熔融峰和分解放热峰组成,相应峰温分别为84.5℃和310.7℃,放热分解反应表观活化能为153.3 k J/mol。Li-DNI与AP热分解反应过程中产生互为催化作用:Li-DNI可加快AP热分解,使AP在LTD和HTD阶段的峰温和表观活化能分别降低41.8℃和75.6℃,56.0 k J/mol和10.8 k J/mol,表观放热量增加432.3 J/g,显示Li-DNI对AP热分解具有较好的催化作用。AP也可加速Li-DNI热分解,可使Li-DNI剧烈分解阶段的峰温提前19.9℃。     

卡托辛对AP热分解影响的XPS研究

采用XPS方法研究了卡托辛对复合固体推进剂氧化剂AP热分解过程的作用机理。结果表明,热氧化后Fe原子的结合能向高位移动,再根据Fe2p3/2谱强度的变化,说明卡托辛在AP热分解过程中是逐渐氧化过程,Fe—C共轭键逐渐断裂;Cl原子的结合能向低位移动,且在200 eV左右出现低结合能的峰,同时其强度逐渐增大,Cl原子在200 eV处形成的低结合能态的可能途径是卡托辛的分解产物环戊二烯离子与HClO4的分解产物HCl发生反应,加速了HClO4的分解速度;卡托辛的二茂铁基夹心结构破坏后生成的Fe2O3具有较高的反应活性,亦加速AP离解产物HClO4的分解速度。     

ANPyO Bi(III)含能配合物的合成、表征、热分解行为及其对高氯酸铵热分解的催化作用

合成了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO) Bi(III)含能配合物,采用FTIR、元素分析和XPS光电子能谱表征了含能配合物的结构.根据结构表征结果推测,ANPyO Bi(III)含能配合物的分子式为Bi(C5H4N5O5)3,金属离子与配体的配比为1∶3.其中,可能的配位方式为:每个配体ANPyO 2-位的氨基脱去一个氢原子,分别以NH和N→O结构单元中N原子和O原子与Bi(III)形成配位键.ANPyO Bi(III)含能配合物的撞击感度、摩擦感度和冲击波感分别为220 cm、36 kg和5.8 mm.采用TG-DTG和DSC测试考察了ANPyO Bi(III)含能配合物的热分解行为,配合物在50～450 ℃范围内热分解过程由一个吸热熔融峰和分解放热峰组成,相应的峰温分别为320.6 ℃和346.5 ℃,配合物热分解剩余残渣量为31.2％.同时,考察了配合物对高氯酸铵热分解的催化作用,并采用Kissinger法对纯AP和AP混合物热分解过程低温分解阶段和高温分解阶段的表观活化能和指前因子进行了计算.结果表明,ANPyO Bi(III)含能配合物可使高氯酸铵高温分解阶段和低温分解阶段的峰温提前63.6 ℃和63.1 ℃,表观活化能降低23.1 kJ/mol和61.5 kJ/mol,表观分解热增加339.3 J/g.可发现,ANPyO Bi(III)含能配合物对AP的热分解具有显著的催化作用.     

Fe_2O_3/石墨烯复合物的制备及催化性能研究

以氧化石墨烯和硝酸铁为原料,采用水热法制备Fe_2O_3/石墨烯复合物。采用XRD、FTIR、RAMAN、SEM等对其结构和形貌进行表征,并通过不同升温速率的TG-DSC研究Fe_2O_3/石墨烯复合物对HMX热分解催化作用。结果表明,在氧化石墨烯被还原为石墨烯过程中,同时Fe_2O_3纳米粒子负载于石墨烯片层上;Fe_2O_3/石墨烯复合物可使HMX热分解活化能降低51.13 kJ·mol~(-1),对HMX有较好的催化作用。     

含CL-20的NEPE推进剂热分解

借助热重-微商热重(TG-DTG)试验和差示扫描量热(DSC)试验研究了含CL-20的NEPE推进剂的热分解特性,探索了主要组分NG、CL-20、AP和催化剂之间的相互作用。实验结果表明,该推进剂的热分解过程分3个阶段:增塑剂(NG)的挥发和分解,PEG CL-20的分解,AP的分解。CL-20促进了NG和PEG的分解,NG与PEG并未影响CL-20的分解。AP的加入促进了CL-20的分解,同时CL-20也使AP的分解由单质2步分解合并为1步。Al粉在该体系中与其他组分的相互作用较弱。催化剂Ct1和Ct2在一定程度上抑制了推进剂中NG、CL-20和AP的起始分解,对于NG起始分解的抑制作用更为明显,当温度升高,抑制作用消失即分解开始时,分解速率大幅提高,从而使推进剂热分解的放热历程缩短,致使推进剂燃速提高。     

高氯酸铵高压下的分解动力学

用压力差热分析（ＰＤＴＡ）研究了高氯酸铵（ＡＰ）在高压下热分解动力学。结果表明，压力使ＡＰ的ＤＴＡ曲线上高温分解峰移向高温，而使低温分解峰移向低温。压力提高高温分解的表现活化能，但却没有改变低温分解的动力学参数。还用分解机理和控度速度步骤解释了这些结果。     

单分散钴纳米粒子的制备及其对二硝酰胺铵（ADN）的热分解作用

采用氢电弧等离子体法在惰性气氛中制备了单分散的高纯度纳米Co粉。利用透射电子显微镜(TEM)和相应选区电子衍射(SAED)、比表面吸附仪、X射线衍射(XRD)等手段对样品的粒度、形貌、比表面积、成分进行了表征。将纳米Co粉按不同比例与二硝酰胺铵(ADN)制成复合粒子,并用差热分析(DTA)考察了不同比例的纳米Co粉对ADN的热分解催化作用。结果表明,在ADN中加入纳米Co粉,可使ADN的分解峰温明显降低,比例越大,分解峰温的降低也越多,且表观分解热显著增大,说明纳米Co粉对ADN有较强的催化作用。     

RDX/AP/HTPB推进剂热分解特性研究

利用高压差示扫描量热仪（PDSC）研究了RDX／AP／HTPB推进剂系列配方的热分解性能，发现配方组分的改变对RDX／AP／HTPB推进剂的热分解性能有影响，突出表现在RDX／AP／HTPB推进剂中RDX分解峰变宽，AP放热分解效应增强。推进剂中添加Al粉后，RDX的分解受到抑制，而AP的分解却得到增强。