内嵌叠氮化铜碳纳米管复合薄膜的制备与性能研究

摘要

叠氮化铜是一种低毒、高能的理想起爆药，但是极高的静电感度限制了它在火工品微型装药中的应用。碳纳米管具有优异的导电性和机械强度，将其与叠氮化铜复合，一方面可以有效降低材料的静电感度，另一方面可以有效地提高药剂输出能量。本文设计并制备了基于硅基底的内嵌叠氮化铜碳纳米管复合薄膜材料。 采用磁控溅射技术，阳极氧化法和化学气相沉积法制备了定向碳纳米管/氧化铝复合薄膜。研究了磁控溅射功率、扩孔时间、氧化电压、Ti过渡层以及沉积时间对复合薄膜形貌的影响，获得了最佳薄膜制备工艺条件。当氧化电压为50V，扩孔时间为25min时，多孔氧化铝薄膜有序规整，孔径约为91nm，厚度约为700nm，Ti过渡层增加了薄膜与硅基的附着力;碳纳米管复制了氧化铝薄膜孔道形貌;碳纳米管的选择性沉积表明γ-氧化铝对碳纳米管的生长有催化作用。 选择电化学沉积方法在定向碳纳米管内沉积铜纳米颗粒，研究了电流密度、添加剂以及沉积时间对沉积效果的影响规律。透射电子显微镜(TEM)图片表明，电流密度影响碳纳米管中铜纳米颗粒尺寸和沉积密度大小;聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS)和硫脲(TU)显著增加了碳纳米管内的铜颗粒密度。在电流密度为0.1mA，添加剂为TU条件下，电化学沉积的铜纳米颗粒粒径最小且颗粒密度最大。 利用叠氮化氢气体和铜的气固相反应原位制备内嵌叠氮化铜碳纳米管复合薄膜，研究了反应物以及叠氮化反应时间对铜叠氮化反应效率的影响。有水参与的叠氮化反应效率明显高于干燥环境下的反应效率。X射线衍射(XRD)谱图表明铜先全部转变成叠氮化亚铜，随后生成叠氮化铜，当反应72h时，完全转变成叠氮化铜。 对内嵌叠氮化铜碳纳米管复合薄膜开展了静电感度实验、热性能分析以及激光点火实验研究。结果表明，内嵌叠氮化铜碳纳米管复合薄膜材料对静电钝感，放热峰峰温为210.95℃，放热量为3742 J·g-1，具有良好的激光点火感度。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景及意义

1．2叠氮化铜的研究现状

1．3碳纳米管性能及在含能材料中的应用

1．4含能复合薄膜研究现状

1．5本文的主要研究工作

2多孔氧化铝薄膜的制备与表征

2．1多孔氧化铝的形成机理及其应用

2．1．1多孔氧化铝形成机理

2．1．2多孔氧化铝在纳米材料中的应用

2．2．1实验药品和仪器

2．2．2实验方法

2．3结果与讨论

2．3．1 I-t曲线

2．3．2磁控溅射功率对阳极氧化的影响

2．3．3扩孔时间对孔径的影响

2．3．4电压对孔径的影响

2．3．5 Ti过渡层对多孔氧化铝薄膜附着力的影响

2．4本章小结

3定向碳纳米管／氧化铝薄膜材料研究

3．1碳纳米管制备方法

3．2实验

3．2．1实验药品和仪器

3．2．2实验方怯

3．3结果与讨论

3．3．1沉积时间对碳纳米管的影响

3．3．2碳纳米管的生长机理分析

3．4本章小结

4内嵌纳米铜碳纳米管复合薄膜材料研究

4．1金属填充碳纳米管的常用方法

4．2实验

4．2．1实验药品和仪器

4．2．2实验方法

4．3铜纳米颗粒电化学沉积条件的影响规律

4．3．1电流密度的影响

4．3．2添加剂的影响

4．3．3沉积时间的影响

4．4分析表征

4．4本章小结

5叠氮化反应实验研究

5．1实验

5．1．1实验药品和仪器

5．1．2实验方法

5．2结果与讨论

5．2．1叠氮化反应时间对反应效率的影响

5．3．2反应物对叠氮化反应效率的影响

5．4本章小结

6内嵌叠氮化铜碳纳米管复合薄膜的性能研究

6．1热性能分析

6．1．1热分析样品制各

6．1．2热性能结果分析

6．2静电感度实验

6．2．1静电感度测试原理

6．2．2静电感度结果分析

6．3激光点火实验研究

6．3．1激光点火原理

6．2．3点火过程分析

6．4本章小结

7总结与展望

7．1总结

7．2展望

致谢

参考文献

附录