含能快遞
2022-09-15 03:42:30王軍
含能材料 2022年9期
南京理工大學(xué)采用3D 打印技術(shù)制備了nAl/pCuO/HPMC 增強(qiáng)燃燒和點(diǎn)火性能
納米鋁熱劑具有較高的能量密度和較好的燃燒反應(yīng)性能，成為近年來的研究熱點(diǎn)，但金屬燃料和氧化劑顆粒團(tuán)聚問題制約了其燃燒反應(yīng)和能量釋放。為了提高金屬燃料與氧化劑的接觸面積，減少納米顆粒的團(tuán)聚，南京理工大學(xué)張文超教授團(tuán)隊以羥丙基甲基纖維素（HPMC）為黏結(jié)劑，選擇多孔片狀氧化銅（pCuO）作為氧化劑，制備了nAl/pCuO/HPMC 含能油墨，采用3D 打印技術(shù)制備了含能薄膜。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)HPMC 含量為7%時，含能油墨具有良好的印刷精度。詳細(xì)研究了nAl 和pCuO 的顆粒尺寸和形貌對打印精度與燃燒反應(yīng)性能的影響，當(dāng)pCuO 粒徑較大時，nAl/mCuO/HPMC 不能連續(xù)印刷；當(dāng)nAl 粒徑較大時，單層薄膜不能在玻璃基板上持續(xù)燃燒。通過3D 打印成膜技術(shù)可將nAl/pCuO/HPMC 的燃速（32.56 cm·s-1）提高6 倍。將該薄膜集成在SCB 微點(diǎn)火器，實現(xiàn)了成功點(diǎn)火，nAl/pCuO/HPMC 的（7% HPMC，Ф=1.4）壓力上升時間最短（46.7 μs），增壓速率最大（1661.7 GPa·s-1）。這一研究為提高納米鋁熱劑點(diǎn)火燃燒性能及其在器件中集成應(yīng)用提供了重要的途徑。
源自：J. Y. Xu，Y. J. Chen，W.C. Zhang，Z. L. Zheng，C. P. Yu，J. X. Wang，C. K. Song，J. H. Chen，X. T. Lei，K. F. Ma. Direct ink writing of nAl/pCuO/HPMC with outstanding combustion performance and ignition performance. Combust Flame，2022，236：111747.
北京理工大學(xué)研究了爆轟環(huán)境下鋁粉的燃燒機(jī)理
鋁粉作為一種高能金屬燃料，已被廣泛用于復(fù)合高能炸藥，通過與爆轟產(chǎn)物的二次反應(yīng)提高爆炸能量和毀傷威力。研究爆轟環(huán)境下鋁顆粒的燃燒過程和機(jī)理，對于深入認(rèn)識含鋁炸藥的爆炸反應(yīng)機(jī)理、提高含鋁炸藥的能量釋放率、豐富金屬粉末燃燒的理論模型具有重要意義。北京理工大學(xué)研究了高溫和高壓爆轟環(huán)境中鋁粉高速運(yùn)動下的燃燒反應(yīng)機(jī)理，建立了鋁顆粒的燃燒模型，并基于該模型，得到了爆轟環(huán)境下鋁顆粒燃燒控制方程，從控制方程可以看出，鋁顆粒的燃燒時間主要受粒徑、系統(tǒng)溫度和擴(kuò)散系數(shù)影響。計算結(jié)果表明，系統(tǒng)溫度越高、擴(kuò)散系數(shù)越大、粒徑越小，鋁顆粒的燃燒速度越快，燃燒時間越短。在考慮鋁粉粒度分布特性后，將燃燒控制方程的應(yīng)用從單個鋁顆粒擴(kuò)展到非均勻鋁粉，計算出的鋁粉峰值燃燒速率對應(yīng)的時間與實驗結(jié)果吻合較好。該方程可以定量描述鋁粉在不同爆轟環(huán)境下的燃燒行為，為定量計算鋁粉在爆轟環(huán)境下的燃燒過程提供技術(shù)手段。
源自：J. X. Nie，R. Z. Kan，Q. J. Jiao，Q. S. Wang，X. Y. Guo，S.Yan. Studies on aluminum powder combustion in detonation environment［J］. Chin Phys B，2022，31：044703.
美國馬里蘭大學(xué)通過3D 打印技術(shù)制備了高能鋁基復(fù)合粒子，并研究了微波刺激下的點(diǎn)火性能與機(jī)制
相比電、光等刺激，微波具有快速高效的特征，可作為含能材料點(diǎn)火的重要途徑。美國馬里蘭大學(xué)Michael R. Zachariah 教授團(tuán)隊使用3D 打印技術(shù)制備納米鋁（nAl）/氧化錳（MnOx）復(fù)合粒子，并首次證明該復(fù)合粒子可以在微波輻射下以～104℃·s-1的速率快速被加熱。紅外測溫實驗表明，隨著MnOx含量的增加，樣品中的加熱速率可增加幾個數(shù)量級。在試驗的基礎(chǔ)上，基于材料介電和熱物理性質(zhì)的模型，計算結(jié)果表明微波刺激下通過電場作用是加熱nAl/MnOx的主導(dǎo)機(jī)制。微波可以有效加熱并控制nAl/MnOx高能鋁基粒子的點(diǎn)火過程，其中氧化劑MnOx是接受微波作用的感受器和誘發(fā)點(diǎn)火的驅(qū)動器。利用3D 打印制備微波敏感高能復(fù)合材料，可用于定點(diǎn)誘發(fā)引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，是控制高能材料的能量釋放途徑的重要手段。
源 自：Z. Alibay，D. Olsen，P. Biswas，C. England，F(xiàn). Xu，P. Ghildiyal，M. Zhou，M.R. Zachariah. Microwave stimulation of energetic Al-based nanoparticle composites for ignition modulation，ACS Appl Nano Mater，2022，5：2460-2469.
美國加利福尼亞大學(xué)與馬里蘭大學(xué)開發(fā)了固體含量高達(dá)94%的納米煙火藥的3D 打印成型，并研究了燃燒火焰?zhèn)鞑ヌ匦?/h2>
利用3D 打印技術(shù)構(gòu)建材料的組織框架結(jié)構(gòu)為改善和調(diào)控含能材料的性能帶來新機(jī)遇。美國加利福尼亞大學(xué)與馬里蘭大學(xué)合作開發(fā)了黏結(jié)劑含量僅為6%，固含量為94%的Ti/Ca（IO3）2納米復(fù)合物，可用于3D 打印成型。對燃燒反應(yīng)速率研究發(fā)現(xiàn)，物理混合的煙火藥復(fù)合物（94%Ti/Ca（IO3）2）和（100% Ti/Ca（IO3）2）相比，熱釋放速率下降超過4 倍。通過3D 打印技術(shù)制備的樣品（94%Ti/Ca（IO3）2），其熱釋放速率比物理混合的樣品（94%Ti/Ca（IO3）2）增加4 倍。通過顯微成像系統(tǒng)與熱分析技術(shù)表征了94%Ti/Ca（IO3）2樣品的火焰分布特征，發(fā)現(xiàn)3D 打印樣品和物理混合的樣品的火焰高度分別為～1.2 mm 和～0.7 mm，進(jìn)一步通過熱力學(xué)計算，解釋了2 種煙火劑結(jié)構(gòu)的不同熱反饋模式。
源自：H. Y. Wang，P. Biswas，D. J. Kline，M. R. Zachariah. Flame stand-off effects on propagation of 3D printed 94 wt% nanosized pyrolants loading composites［J］. Chem Eng J，2022，134487.
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