含能材料喷墨打印：新进展与多样化应用

A Ihnen等人利用喷墨打印技术得到了最大分辨率约为20μm的混有纳米RDX的含能材料油墨图案，但是在打印过程中容易出现堵塞针头的现象。实验使用的含能墨水以纳米黑索今（RDX）作为主要材料，乙酸乙酯纤维素和聚乙酸乙酯作为粘结剂体系。为了解决喷墨打印机在打印过程中针头堵塞的问题，他们在之前的研究基础上进一步开发了一种以二甲基甲酰胺（DMF）作为有机溶剂、醋酸纤维素丁酸酯（CAB）为粘结剂的RDX全液墨水，并顺利的进行了喷墨打印。

王晶禹等人使用喷墨打印的方法对CL-20炸药和硝化棉制备的复合墨水进行沉积打印，最终结果显示，复合材料经过喷墨打印技术可以获得2.4μm的单层厚度，并且密度可以达到理论密度的86%，在撞击安全性方面，通过喷墨沉积获得的复合材料很好的改善了这方面性能，具有0.4 mm的爆轰临界厚度，但是在整个过程中无法控制CL-20晶型在墨水制备过程中发生的转变。

猛炸药RDX和CL-20以外，铝热剂也成为了喷墨打印的一种含能材料，研究人员对打印的铝热剂性能进行了研究和对比。A S Tappan等人对Al/MoO3和Al/Bi2O3复合材料进行了喷墨印刷，这两种复合材料都是亚微米级别。喷墨印刷厚度达到350μm，且在点火实验中未发现尺寸效应对燃烧速度的影响。A K Murray等人进行了双组分纳米铝热剂的反应喷墨印刷，以克服喷墨打印机与材料不相容的问题。实验当中，主要采用双喷嘴打印机分别打印Al油墨和CuO油墨，将其燃烧性能与CuO/Al混合油墨打印结果进行对比可以发现反应喷墨打印具有更佳的反应性能。后来在2018年的时候利用压电喷墨打印技术对铝热剂含能材料进行了选择性沉积实验研究，实验中采用三种类型的打印机进行了对比，最终显示压电喷墨打印是一种比热喷墨头更安全更可靠的打印技术。

钱力等人制备了以核壳结构为主的含能墨水，此核壳结构以Al微米球为核、Cu2(NO3)(OH)3为壳体。含能墨水中使用乙酸乙酯作为溶剂，并通过改变乙酸乙酯的含量来调节墨水的黏度。实验证实当乙酸丁酯用量为2.5 mL时墨水粘度适中，适合喷墨打印技术。使用同一种尺寸的针头进行喷墨打印时，当乙酸丁酯含量越多，含能墨水的粘度就会越低，相反地流动性就会增强，因此喷墨打印得到的线条就会有比较大的宽度。

对于不同的打印对象，在打印条件上也会有差异。对于喷墨打印来说，打印频率和基板温度是影响打印效果最明显的两个因素，因此ZhangRR等人此进行了相关研究。研究发现，在打印频率为6 Hz时，随着基片温度的增加，含能材料的粒度会减小，当温度达到80℃时，打印出来的含能材料具有2μm的粒径，并且分布均匀。在基片温度为60℃时，在打印频率为2 Hz时，含能材料粒子出现了团聚现象；当打印频率为在4 Hz和6 Hz时，含能材料粒子沿一定的方向生长，形成条状；当打印频率为10 Hz时，含能材料粒子在一定方向上生长受到抑制，此时粒径为1~2μm。

反应性材料作为一种新型含能材料，成为了国防工业以及经济建设中重要的材料。其具有密度大、活性高、感度低的特点，在机械冲击作用下才能被引发反应而释放出能量。目前多用于反应性破片、含能药型罩和爆炸成型弹丸等，来提升武器系统战斗部的毁伤效果。其中铝热剂和金属/含氟聚合物由于配方灵活等优点被国内外研究人员认可，极具希望应用在武器战斗部中。已有的研究结果也表明了铝热剂和金属/含氟聚合物的各方面性能（能量输出、力学性能、冲击特性等）的优越性，为反应性材料的应用提供了保障。

此外，随着科学技术的发展，人们对于在生产制造过程中的安全意识也正在加强，传统的装药方式由于效率低、安全性差等缺点，已经不能够完全满足对含能材料的生产制造，所以3D打印技术的出现刚好能够解决装药方式方法的问题。

上一篇：3D打印：为含能材料领域带来结构创新与安全变革
下一篇：抱歉暂无数据