一種碳包覆納米鋁粉的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳包覆納米鋁粉的制備方法，其包括前驅(qū)物的制備、納米鋁/十二胺復(fù)合物的制備和碳包覆納米鋁粉的制備三步。采用本發(fā)明方法制備得到的碳包覆納米鋁粉可有效阻止納米Al的氧化，保持了納米Al的活性；包覆的碳在高溫燃燒時可提供額外的燃燒熱，提前引發(fā)納米鋁顆粒內(nèi)部金屬燃燒反應(yīng)的快速發(fā)生，提高推進(jìn)劑的燃燒性能。
【專利說明】一種碳包覆納米鋁粉的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳包覆納米鋁粉的制備方法。
技術(shù)背景
[0002]金屬燃燒劑是推進(jìn)劑和炸藥廣泛應(yīng)用的重要組分之一，可以增加能量、提高爆熱和密度、改善點火燃燒性能等。鋁粉由于高密度、高熱值、低溫氧化及原材料豐富等優(yōu)勢，成為含能材料應(yīng)用中首選的金屬燃燒劑。納米鋁顆粒具有小尺寸效應(yīng)和表面界面效應(yīng)、顆粒表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同、表面原子配位不全等特點，導(dǎo)致納米顆粒表面活性點增加，使得納米鋁粉相對于微米鋁粉具有很高的化學(xué)反應(yīng)活性。因此納米鋁粉作為燃燒劑來提高推進(jìn)劑和炸藥的能量性能和燃燒性能成為研究的熱點。從國內(nèi)外研究情況可知，納米鋁粉用于固體推進(jìn)劑有如下突出效應(yīng):提高爆熱、密度、比沖；降低點火溫度，縮短點火延遲時間；提高推進(jìn)劑燃燒速率，且燃燒完全、燃燒效率高；降低燃速壓強指數(shù)；抑制振蕩燃燒，提高推進(jìn)劑燃燒穩(wěn)定性。
[0003]盡管納米鋁粉作為新型含能材料在固體推進(jìn)劑中有很大的潛在應(yīng)用，但也存在一些急需解決的問題，其中影響納米鋁粉應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一就是活性保護(hù)問題。由于納米鋁粉高的活性表面，使其對環(huán)境極其敏感，容易發(fā)生氧化反應(yīng)或其它反應(yīng)。在空氣中形成的氧化鋁殼層作為惰性材料嚴(yán)重影響納米鋁粉在推進(jìn)劑中的應(yīng)用，尋找一種新型物質(zhì)來取代氧化鋁，防止鋁粉在加工存儲過程中氧化，從而保護(hù)納米鋁粉活性成為國內(nèi)外研究的熱點。
[0004]目前，用于解決納米Al氧化和團(tuán)聚主要的包覆材料有碳、過渡金屬、金屬氧化物、有機酸、環(huán)氧化合物及聚合物等。其中，碳包覆研究的相對更成熟，國內(nèi)外學(xué)者在這方面作了大量的研究，Ermoline等利用脈沖微弧放電法制備了碳包覆納米招粉，Park等人用直流電弧法制備了碳包覆納米鋁粉，國內(nèi)郭連貴采用激光法也制備了 C/A1納米復(fù)合粉末，但這些方法設(shè)備要求較高且產(chǎn)量較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種合成簡便的碳包覆納米鋁粉的制備方法，碳包覆可阻止納米鋁粉的氧化，提高納米鋁粉的活性。
[0006]本發(fā)明的實現(xiàn)過程如下:
一種碳包覆納米鋁粉的制備方法，包括以下步驟:
(O前驅(qū)物溶液的制備
將無水AlCl3分散到有機溶劑中，加入叔胺化合物，待固態(tài)AlCl3完全溶解后加入LiAlH4,反應(yīng)完成后靜置分層，收集上層清液，得到前驅(qū)物溶液；
(2)納米鋁/十二胺復(fù)合物的制備
在惰性氣氛下，前驅(qū)物溶液溫度為25-100°C時，加入催化量的催化劑異丙醇鈦，體系變?yōu)楹诤稚偌尤胧?，?jīng)靜置、固液分離制得納米鋁/十二胺復(fù)合物；
(3)碳包覆納米鋁粉的制備 將納米鋁/十二胺復(fù)合物在真空下于550-80(TC高溫?zé)崃呀庵频锰及布{米鋁粉。
[0007]上述步驟(I)中，有機溶劑選自苯、乙醇、甲苯、四氯化碳、乙醚、氯仿、乙酸甲酯，所述叔胺化合物選自 N(CH3)3、N(Et)3、N(CH3)2C6H5、N(CH3)2C4H9，反應(yīng)時間為 2_4h。無水 A1C13、叔胺化合物以及LiAlH4的摩爾比為2?8:9?20:1?3。
[0008]上述步驟(2)中，所述十二胺是將十二胺溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿或四氯化碳中得到的十二胺溶液，十二胺的用量為無水AlCl3摩爾量的5?15倍。
[0009]本方法的優(yōu)點與積極效果:(I)使用碳對新制備出的納米Al粉進(jìn)行表面包覆，可顯著阻止納米Al的氧化，提高納米Al的活性；(2)包覆的碳在高溫燃燒時可以提供額外的燃燒熱，放出的能量將提前引發(fā)納米鋁顆粒內(nèi)部金屬燃燒反應(yīng)的快速發(fā)生，可提高推進(jìn)劑的燃燒性能；(3)相對于電弧法、激光法等，本發(fā)明方法對設(shè)備要求較低且容易實施。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為制備得到的碳包覆納米鋁粉的SEM照片；
圖2為制備得到的碳包覆納米鋁粉的XRD圖。
【具體實施方式】
[0011]以下通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0012]實施例1
將0.005mol無水AlCl3溶于60ml的乙醇中，攪拌下將0.02mol的N(CH3)3以1-2滴/秒的速度加入到AlCl3的乙醇溶液中，待AlCl3溶解后，將0.0015mol的LiAlH4加入到體系中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)3h后，靜置分層得到上層AlH3.N(Et)3清液。
[0013]將AlH3.N(Et)3溶液加至三頸燒瓶中，將0.05mol十二胺溶于乙醚中放入恒壓分液漏斗中。惰性氣氛下，攪拌、加熱，待體系達(dá)到40°C后，加入催化量的異丙醇鈦，體系瞬間變黑褐色，在轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏倪^程中加入十二胺乙醚溶液，制得納米鋁/十二胺復(fù)合物。
[0014]將上述制得的納米鋁/十二胺復(fù)合物置于真空下在600°C熱裂解制得碳包覆納米招粉。
[0015]如圖1所示,復(fù)合粒子為球形,粒徑為40-50nm ;如圖2所示，XRD圖中出現(xiàn)明顯的Al的峰，同時觀測到的碳峰比較微弱，這是由于碳包覆層為無定型狀態(tài)所致。
[0016]實施例2
將0.007mol無水AlCl3溶于IOOml的氯仿中，攪拌下將0.03mol的N(CH3)2C6H5以1-2滴/秒的速度加入到AlCl3的氯仿溶液中，待AlCl3溶解后，將0.002mol的LiAlH4加入到體系中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)3h后，靜置分層得到上層AlH3.N(CH3)2C6H5清液。
[0017]將AlH3.N(CH3)2C6H5溶液加至三頸燒瓶中，將0.07mol十二胺溶于氯仿中放入恒壓分液漏斗中。惰性氣氛下，攪拌、加熱，待體系達(dá)到50°C后，加入催化量的異丙醇鈦，體系瞬間變黑褐色，在轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏倪^程中加入十二胺氯仿溶液，制得納米鋁/十二胺復(fù)合物。
[0018]將上述制得的納米鋁/十二胺復(fù)合物置于真空下在750°C熱裂解制得碳包覆納米招粉。
【權(quán)利要求】
1.一種碳包覆納米鋁粉的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (O前驅(qū)物溶液的制備 將無水AlCl3分散到有機溶劑中，加入叔胺化合物，待固態(tài)AlCl3完全溶解后加入LiAlH4,反應(yīng)完成后靜置分層，收集上層清液，得到前驅(qū)物溶液； (2)納米鋁/十二胺復(fù)合物的制備 在惰性氣氛下，前驅(qū)物溶液溫度為25-100°C時，加入催化量的催化劑異丙醇鈦，體系變?yōu)楹诤稚?，再加入十二胺，?jīng)靜置、固液分離制得納米鋁/十二胺復(fù)合物； (3)碳包覆納米鋁粉的制備 將納米鋁/十二胺復(fù)合物在真空下于550-80(TC高溫?zé)崃呀庵频锰及布{米鋁粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳包覆納米鋁粉的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，有機溶齊IJ選自苯、乙醇、甲苯、四氯化碳、乙醚、氯仿、乙酸甲酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳包覆納米鋁粉的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，所述叔胺化合物選自 N (CH3) 3、N (Et) 3、N (CH3) 2C6H5、N (CH3) 2C4H9。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳包覆納米鋁粉的制備方法，其特征在于:步驟(I)反應(yīng)2-4h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意之一所述碳包覆納米鋁粉的制備方法，其特征在于:步驟Cl)中，無水AlCl3、叔胺化合物以及LiAlH4的摩爾比為2?8:9?20:1?3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳包覆納米鋁粉的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，所述十二胺是將十二胺溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿或四氯化碳中得到的十二胺溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳包覆納米鋁粉的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，十二胺的用量為無水AlCl3摩爾量的5?15倍。
【文檔編號】B22F9/24GK103611943SQ201310580683
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】趙鳳起, 李鑫, 羅陽, 徐思雨, 姚二崗, 謝鋼, 高紅旭, 安亭, 譚藝 申請人:西安近代化學(xué)研究所