反应性材料铝热剂：概念、特性、研究现状及应用探索

2004年，美国的相关组织总结了反应性材料的研究现状和应用前景，对应性材料的具体概念、用途和优势进行了定义和阐述，在此基础上对目前研究中的不足之处进行了探讨，也对研究反应性材料的意义和必要性做了进一步强调。

金属Al/金属（非金属）氧化物一般被称为铝热剂或者亚稳态分子间复合物（Metastable Intermolecular Complex,MIC），是一种新型的含能材料，在受热或者强冲击作用下能够发生氧化还原反应并放出大量的热。M为某种金属（非金属）元素，MOx为金属（非金属）对应的氧化物，ΔH为反应热。

这种体系具有一下几个优点：
（1）具有高能量密度，绝热火焰温度可以到达2000℃以上；
（2）含氧量可调节，反应过程中能够做到自供氧；
（3）组分灵活多变，根据需求来设计所需要的配方；
（4）具有高质量密度，能够长时间稳定储存。

目前使用最多的氧化剂有CuO、Fe2O3、Bi2O3、MoO3、WO3等金属氧化物，大量研究人员从铝热剂的制备方式、反应性能、二维结构的制造等方面展开了大量的研究。

在铝热剂中使用不同氧化剂，其燃烧性能、放热性能、压力输出等都会因为氧化反应的不同而发生改变。Sanders等人在无限制（明火燃烧）和有限制（玻璃管内）的条件下研究了Al/MoO3,Al/WO3,Al/CuO,和Al/Bi2O3四种铝热剂的压力输出和火焰传播速度，以此来量化铝热剂的反应性能。实验结果表明，火焰的传播速度取决于反应过程的产气量和产物的热力学状态。另外，改变其密度，研究铝热剂性能的变化，火焰传播速度的变化随着燃烧管内密度的增加而降低，这与经典爆轰规律相反，表明火焰的传播机理可能与经典爆轰不同。

Piercey等人经过对前人的工作进行归纳总结，纳米铝热剂的制备方式和组分粒子粒径的大小可以调节铝热剂的反应性能，包括燃烧性能、点火性能、能量释放等。Tillotson等人和王毅等人分别采用溶胶 - 凝胶法制备获得了Fe2O3/Al纳米铝热剂，制得的Al/Fe2O3铝热剂不管点火性能还是能量释放等都远高于传统铝热剂。此外，实验结果证明制备得到的Fe2O3/Al复合材料具有较好的安全性能，对标准撞击感度测试、静电火花测试和摩擦感度试验均不敏感，但是具有更高的燃烧速率，并且气凝胶由于传播孔隙比较大，所以比干凝胶更易起爆。

New Jersey Institute研究人员采用ARM（反应抑制研磨法）成功制备了多种金属/非金属复合材料体系。Schoenitz等人也用同样的制备方式得到了Al/MoO3纳米复合材料，并对其进行了热分析实验，得到了可以描述Al和MoO3之间互相反应的相关动力学参数，四个副反应的叠加得到了Al与MoO3之间的反应过程。并因此得到了动力学模型，结合点火数据最终认为：氧气在Al2O3粒子中的扩散传播是控制Al/MoO3反应性材料点火的主要原因。

上一篇：含能材料创新路：3D打印赋能，反应性材料展新姿
下一篇：抱歉暂无数据