納米鋁燃料研究進展①

程志鵬，何曉興

(1.江蘇省低維材料化學重點實驗室，淮陰師范學院化學化工學院，淮安 223300；2.西安航天信息研究所，西安 710025)

納米鋁燃料研究進展①

程志鵬1，何曉興2

(1.江蘇省低維材料化學重點實驗室，淮陰師范學院化學化工學院，淮安 223300；2.西安航天信息研究所，西安 710025)

納米鋁代替傳統微米鋁作為固體火箭推進劑的金屬燃料，有助于提高推進劑的燃速、比沖和降低特征信號等。綜述了納米鋁燃料合成、活性保持、高溫氧化反應機理和在含能材料體系中的分散性能等方面的研究進展，分析了關鍵技術的發展趨勢。最后，給出了下一階段納米鋁燃料的研究建議：探索各向異性納米鋁燃料合成途徑，豐富納米鋁燃料類別；在不降低鋁燃料能量的前提下，進行修飾、包覆，提高納米鋁燃料活性；弄清不同反應速率下納米鋁燃料氧化反應過程，明晰納米鋁燃料氧化反應機理；重視鋁燃料在含能材料中的分散技術、表征手段，揭示分散狀況對燃燒穩定性的影響規律。

納米鋁燃料；材料合成；活性保持；高溫氧化；分散性能

0 引言

隨著現代戰爭對武器裝備性能要求的不斷提高，為實現精確打擊和高效毀傷的目的，對新型含能材料體系的能量性能提出了更高要求，提高含能材料體系能量、增加能量釋放速率成為現代含能材料發展的主要方向[1]。目前，金屬燃料在現代含能材料體系中已得到了廣泛應用，添加金屬燃料是提高含能材料體系能量性能的主要途徑之一[2]。常見的金屬燃料有鋁、鈹、硼、鎂與鋰等。鋁粉由于密度高、耗氧量低和高的燃燒熱，對提高比沖的作用相當顯著，再加上原材料豐富、成本較低，因此被作為金屬燃料廣泛用于推進劑、火炸藥、鋁熱劑等含能材料領域[3]。相對于傳統的微米鋁燃料，納米鋁燃料所具有的特殊小尺寸效應和表面效應，使其具有更高的反應活性和能量釋放效率[4-5]。國外有研究報道，在某固體推進劑中，加入納米鋁燃料與同樣含量普通微米鋁相比，燃燒速率提高70%[6]。當前，納米鋁燃料的研究水平直接關系到國家軍事、國防建設的發展[7]。本文作者多年來一直從事微納米鋁燃料相關研究，現綜述了納米鋁合成的方法、活性保持的途徑、高溫氧化反應機理的類型以及納米鋁燃料在含能材料中的分散途徑，指出了納米鋁現階段存在的瓶頸技術及解決措施，以期對納米鋁的進一步應用提供依據。

1 納米鋁燃料合成方法

現階段已發展有數種較成熟的納米鋁合成方法，如物理氣相沉積法、機械研磨法和液相還原法等。

物理氣相沉積法是利用電爆炸、激光-感應、等離子體或電子束輻射等加熱方式，使鋁絲蒸發氣化；然后，在基片表面冷凝沉積形成薄膜，收集、粉碎得到納米鋁，該方法所制備的納米鋁純度相對較高，粒徑分布較窄，但設備要求較高。例如，俄羅斯科學院的Kotov和Bkeetov等在氫氣中電爆炸鋁絲和銅絲，合成了納米鋁[8]。在金屬絲電爆炸過程中，能量的沉積特性往往決定了金屬絲相態，其變化會顯著地影響金屬蒸汽和等離子體的物理狀態，從而影響產物的特性，西安交通大學趙軍平課題組針對不同沉積能量條件下氬氣中鋁絲電爆炸制備的納米鋁燃料進行了研究，掌握了沉積能量對納米鋁特性的影響規律[9]，見圖1。華中科技大學宋武林教授課題組采用高頻感應加熱蒸發冷凝法制備了20、25、50 nm三種不同粒度的納米鋁[10]。

機械研磨法是利用在球磨機中將顆粒金屬粉末沖擊研磨成微細的金屬片，其產量高、工藝簡單，但制備的納米鋁顆粒的晶粒尺寸不均勻，且易引入雜質。西安近代化學研究所趙鳳起研究員課題組采用高能機械球磨固相化學反應合成出納米鋁[11]；南京理工大學國家特種超細粉體工程技術研究中心鄧國棟課題組采用立式球磨機，在乙酸乙酯溶劑中對平均粒徑14 μm的球形鋁粉進行球磨，制備了具有高活性的片狀鋁粉[12]。

液相化學反應法主要利用金屬鋁化合物與金屬鋁鹽之間在合適溶劑中發生氧化還原反應制備納米鋁粉。比如，北京交通大學趙謖玲教授課題組在有機溶劑中，采用氫化鋁鋰液相還原氯化鋁合成出納米鋁[13]。

人們已經能采用數種方法合成出粒徑均一、分散度較好的納米鋁燃料。然而，現階段合成的多為熱力學穩定態的各向同性球形納米鋁，而對各向異性納米鋁的合成及性能研究還鮮有報道。除了尺度能影響材料性能外，形貌、結構往往與性能之間也存在密切關聯，已有諸多研究報道，證實各向異性(棒狀、多面體狀、線狀、片狀等)納米銅、鎳、鈷、鐵、鈦等材料，往往比各向同性球形結構表現出更加優異的性能和應用潛力[14-15]。美國陸軍航空和導彈研發中心Halas教授課題組最近采用液相還原法合成了納米鋁二十面體[16]，見圖2。該項工作為各向異性納米鋁的合成提供了新思路，并為后續研究各向異性納米鋁的相關熱反應性能提供了可能。

2 納米鋁燃料活性保持途徑

納米鋁燃料具有極高的表面化學活性，易與外界的環境因素(溫度、濕度、氣氛等)發生相互作用，在其表面形成較高含量的惰性氧化膜，產生鈍化和污染，從而喪失大部分活性，這為納米鋁粉的存儲和應用帶來了不利因素。因此，在制備出穩定的具有高活性的納米鋁的基礎上，對納米鋁活性的保持是至關重要的[17]。

當前，已經有一些途徑保持納米鋁的活性。比如，在貯存納米鋁的瓶子或袋子里充上惰性氣體(如氮氣、氬氣等)，密封保存；或用粘合劑或增塑劑貯存等[18]。

現階段最具代表性的方法是在納米鋁表面包覆一層物質，制備出復合納米鋁顆粒，防止納米鋁與環境中的氣體分子發生作用。納米鋁表面包覆設計已經被證實是一種行之有效的途徑。比如，美國賓夕法尼亞州立大學Matsoukas教授課題組采用化學蒸發沉積途徑分別將異丙醇、甲苯、十八氟十氫萘等包覆于納米鋁燃料[19]；圣路易斯大學Buckner教授課題組將環氧單體聚合包覆于納米鋁燃料[20]，見圖3；北京交通大學趙謖玲教授課題組將三苯基磷包覆于納米鋁燃料[13]，見圖4；華中科技大學宋武林教授課題組將納米碳膜包覆于納米鋁表面[21]；安徽工業大學朱寶忠課題組將硬脂酸包覆于納米鋁表面[22]。上述包覆處理在一定程度上都較好地保持了納米鋁燃料的活性，提高了活性鋁的含量。

近年來，人們已經能采用多種方法保持納米鋁燃料的活性，尤其是在納米鋁燃料表面包覆處理領域已取得了諸多的研究成果。然而，鋁燃料表面的包覆材料多為惰性物質，本身的燃燒熱不高。這些惰性物質在燃燒時不會做功或僅釋放較少的能量，而且本身作為惰性成分還占有一定的質量份額，這對提高整個體系的能量性能十分不利。

自從國外報道在固體推進劑中添加1%納米鎳使其燃燒熱增加1倍以來，國內外出現了大量的跟蹤研究。從報道結果看，這些研究都取得了很好的進展，但都無法重復出國外報道的研究結果。因此，推測納米鎳的添加方式很有可能是包覆在納米鋁表面形成復合結構，從而利用該結構高溫下的合金化反應和鋁熱劑效應，提高了燃燒熱值。美國佐治亞理工學院Vigor Yang院士課題組通過分子動力學模擬，證實復合結構納米鋁燃料的綜合性能顯著優于微米鋁復合燃料[23]。法國國家科學研究院燃燒動力實驗室Shafirovich教授和美國普渡大學Varma教授課題組分別研究了鎳包覆微米鋁燃料的點火燃燒過程，該雙金屬燃料點火延遲時間明顯縮短，且所需點火能量顯著降低[24-25]。

近年來，本課題組在微納米復合鋁燃料領域也進行了一系列的研究工作。首次提出了一種普適性置換反應方法用于合成納米金屬包覆鋁燃料[26-28]，可在數分鐘內實現微米鋁、鋁線、鋁制品表面的金屬化，見圖5。

采用化學鍍反應工藝用于合成納米非晶態合金NiB、CoB包覆鋁燃料[29-30]，并開展了納米金屬包覆鋁燃料活性保持性能，發現納米金屬材料的包覆在低溫下，可抑制鋁燃料的氧化、提高鋁燃料中“活性鋁”含量，而高溫下通過“氧傳遞”機制，可有效促進鋁燃料的高效燃燒[31]。本課題組將復合納米鋁燃料用于固體推進劑[32-33]、鋁熱劑[34]等領域，也都取得了優異的應用效果，見圖6。

3 納米鋁燃料氧化反應機理研究

數年前，美國新澤西理工大學Trunov和Dreizin教授課題組采用熱分析結合X射線衍射，弄清了球形鋁燃料表面的氧化膜結構，揭示了鋁燃料氧化過程中氧化膜結構無定型-γ(θ)-α相變的演變規律[35]，見圖7。基于此，不同的課題組對球形納米鋁燃料的氧化反應機理進行了后續的研究，較經典的是“熔化分散機理”和“擴散反應機理”。美國德克薩斯理工大學Levitas教授課題組基于分子動力學模擬，提出了快升溫速率下的“熔化分散機理”。該機理認為，在快反應速率下，球形鋁燃料迅速熔化后產生的應力引起外層氧化膜結構的破裂，從而導致破裂氧化[36]。馬里蘭大學帕克分校Zachariah教授課題組提出了基于慢升溫速率下的“擴散反應機理”。該機理認為，在鋁核和外部氧化膜之間存在一個反應界面，鋁燃料氧化反應的過程是外界氧分子向反應界面內的擴散和內部鋁離子向反應界面外的擴散過程[37]。

近年來，人們對這兩種氧化反應機理的研究取得了長足進步，鋁燃料氧化過程的規律和模型大多可通過這兩種反應機理得以解決。然而，這兩種機理至今也存在一些疑難問題。韓國釜山國立大學Firmansyah教授認為，“熔化分散機理”看似合理，但在實驗中破裂氧化現象卻很難得到直接觀測證實[38]；法國馬賽大學Coulet教授認為，“擴散反應機理”基于向內的氧分子擴散和向外的鋁離子擴散，然而內外擴散主導權卻難以研究[39]；日本國家先進工業科學技術研究所Koga研究納米鋁燃料氧化反應過程中，觀察到納米鋁燃料的各向異性氧化現象[40]，見圖8。本課題組在研究中發現兩種氧化反應機理分別對應于快、慢兩種升溫速率，然而快、慢升溫速率概念本身并不明確，且對快、慢臨界狀態也缺乏研究。

上述疑難問題之所以懸而未決，根源在于鋁燃料表面氧化膜結構的特殊性。隨著納米鋁燃料的不斷氧化，氧化膜的厚度逐漸增大，尤其是達到納米鋁熔點后，液態鋁使得氧化現象更加復雜，現有的技術手段已很難進一步了解氧化膜形貌結構的動態演變狀況。

4 納米鋁燃料在固體火箭推進劑中的分散性能

納米鋁燃料的分散性能也是其走向實質性應用的瓶頸難題之一。納米鋁表面能很大，極易團聚，其分散水平直接關系到含能材料的燃燒穩定性。在已經發表的國內外有關使用納米鋁性能的報道中，均是在實驗室狀態下小樣研究的結果。即便是小樣研究情況下，仍有較大比例的納米鋁未完全分散開。如果納米鋁燃料以這樣不均勻的狀態分散在含能材料中，那么燃燒時，勢必會出現不穩定的燃燒現象。這不但不能提高含能材料的能量性能，反而存在著嚴重的安全隱患。

目前，針對納米鋁在低粘度液相體系中的分散性研究較多。例如，國防科技大學劉香翠教授探索了納米鋁在液體推進劑燃料煤油中的均分散技術，建立了納米鋁在煤油中均分散及穩定貯存的表征方法[41]。針對高粘度、高固體物含量的高分子體系中納米鋁的分散技術和分散性研究卻很少，如對于固體推進劑體系而言，通常含有15%左右的高粘度丁羥膠，其余氧化劑、催化劑組分均為固體物質。國防科學技術大學王晨光開展了納米鋁在復合固體推進劑中的分散技術研究，發現透射電鏡可較好地表征納米鋁粉在HTPB體系中的分散效果，超聲分散效果比球磨及高速攪拌等方法的分散效果好，增塑劑COF在納米鋁的分散過程中，起到了重要作用[42]。澳大利亞國防科技中心Cliff教授課題組曾用棕櫚酸改性納米鋁表面，并用于推進劑配方中。研究發現，其與丁羥膠有著良好的相容性[43]。華中科技大學宋武林教授課題組采用端羥基聚丁二烯對球形納米鋁燃料表面進行修飾，提高了納米鋁燃料在固體推進劑中的分散性[44]。

由于固體火箭推進劑含有氧化劑、催化劑等多種固體組成，納米鋁分散在其中，采用單一的現代分析儀器，很難有效評價其在推進劑中的分散效果。因此，納米鋁分散狀況的評價手段也同樣值得探索。現階段，人們對納米鋁燃料分散狀況的評價，還缺乏系統化研究。本課題組認為，可采取的評價途徑主要包括物理途徑和化學途徑兩種。

物理途徑：(1)結合SEM和TEM電子顯微鏡、元素能譜及X射線熒光光譜儀進行綜合表征，從微觀粒度、形貌及其特征元素分布等方面，全面掌握納米鋁的分散狀況；(2)根據不同分散狀況對高分子體系力學性能的影響不同，利用萬能材料試驗機考察推進劑拉伸強度與撕裂部位組分狀態及其撕裂位置的變化情況等。

化學途徑：(1)選取不同區域樣品進行納米鋁特征元素的化學滴定分析，從而掌握不同位置納米鋁的分布情況；(2)根據不同濃度納米鋁燃料的推進劑燃燒速度的變化，利用燃速測定儀對比測定不同區域樣品的燃燒速度，了解納米鋁在體系中的分散情況；(3)根據推進劑對不同形式外界作用力下的著火燃燒敏感程度不同，采用摩擦感度儀和沖擊感度儀，測定樣品因納米鋁分散性的差異而導致的感度變化。

現階段人們對納米鋁的分散技術、分散表征途徑和分散性能對燃燒穩定性的影響還不夠深入。只有有效地改善納米鋁在含能材料中的分散性問題，才能進一步探索其在含能材料的各項性能及應用前景。

5 結束語

納米鋁燃料在固體推進劑領域有著廣闊的應用前景，但當前也面臨著納米鋁燃料類別仍要進一步拓展、活性保持方法仍要進一步優化、氧化反應機理與模型還需進一步明晰、在固體推進劑中分散狀況還需進一步提高等一些亟待解決的問題。

(1)各向異性納米鋁燃料的控制合成及熱性能研究將是納米鋁燃料合成領域的嶄新課題。受熱力學因素的作用，球形納米鋁為最穩定的狀態。為獲得非球形各向異性的納米鋁，下一步須通過鋁表面的晶面調控設計，采用特殊的表面活性劑吸附在鋁特定的晶面上，抑制其生長方向，降低特定晶面的表面能，或者通過特定的模板，限制鋁離子只能在特定的空間內生長，才有可能獲得非球形各向異性的納米鋁。

(2)納米鋁化學性質較傳統微米鋁更加活潑，更易與外界的環境因素發生相互作用，在其表面形成較高含量的惰性氧化膜，從而喪失大部分活性。因此，納米鋁燃料活性保持途徑的探索，仍是今后一段時間內的研究重點。

(3)鋁燃料表面氧化膜結構的特殊性，導致其氧化過程中形貌結構動態演變的復雜性。本課題組近來通過一種自行設計的有效剝離途徑，可將鋁燃料表面的氧化膜剝離出來，結合電鏡技術，從而實現其形貌、結構的直接觀察，該方法的顯著優點是排除了內部鋁的干擾，有助于直接觀察不同溫度下氧化膜的動態形貌和結構演變過程，有望科學地建立起納米鋁燃料的氧化反應模型。進一步深入研究正在進行之中。

(4)鋁燃料的分散水平對推進劑燃燒穩定性會產生較大影響。納米鋁在推進劑的分散水平與其表面狀態有著密切關系，若能通過納米鋁表面基團設計，在盡可能不降低其能量性能的基礎上，將其表面接枝上少量的有機基團，使其由親水性轉變為疏水性，則有望提高納米鋁燃料間的互相排斥作用，增加納米鋁與推進劑中高分子體系的界面相容性，起到很好的分散效果。

[1] 李鳳生.固體推進劑技術及納米材料的應用[M].北京:國防工業出版社,2009.

[2] Kong Cheng-dong,Yao Qiang,Yu Dan,et al.Combustion characteristics of well-dispersed aluminum nanoparticle streams in post flame environment[J].Proc.Combust.Inst.,2015,35(2):2479-2486.

[3] Zha Ming-xia,Lv Xue-wen,Ma Zhen-ye,et al.Effect of particle size on reactivity and combustion characteristics of aluminum nanoparticles[J].Combust.Sci.Technol.,2015,187(7):1036-1043.

[4] 何麗蓉,肖樂勤,菅曉霞,等.納米鋁粉熱反應特性的TG-DSC研究[J].固體火箭技術,2011,34(5):627-631.

[5] 李凡,朱寶忠,堵同寬,等.含不同粒度鋁粉的鋁/冰燃料的燃燒特性[J].過程工程學報,2015,15(5):831-836.

[6] Baschung B,Grune D,Licht H H.Combustion of energetic materials[M].New York:Begell House Inc.2002.

[7] 彭亞晶,宋云飛,蔡克迪.納米鋁復合含能材料[M].北京:化學工業出版社,2015.

[8] Kotov Y A.Electric explosion of wires as a method for preparation of nanopowders[J].Journal of Nanoparticle Research,2003,5(5-6):539-550.

[9] Liu Long-chen,Zhao Jun-ping,Yan Wen-yu,et al.Influence of energy deposition on characteristics of nanopowders synthesized by electrical explosion of aluminum wire in the argon gas[J].IEEE Trans.Nanotech.,2014,13(4):842-849.

[10] 郭連貴,宋武林,謝長生,等.粒徑大小對高頻感應加熱制備納米鋁粉活性影響[J].含能材料,2006,14(4):276-279.

[11] 李鑫,趙鳳起,羅陽,等.納米鋁粉的固相化學還原法制備、表征及對ADN熱分解性能的影響[J].稀有金屬材料與工程,2015,44(6):1474-1478.

[12] 殷求實,鄧國棟,肖磊,等.片狀鋁粉的制備及其活性[J].爆破器材,2016,45(4):30-34.

[13] Cui Yue,Zhao Su-ling,Tao Dong-liang,et al.Synthesis of size-controlled and discrete core-shell aluminum nanoparticles with a wet chemical process[J].Mater.Lett.,2014,121(15):54-57.

[14] Li Yu,Yang Xiao-yu,Feng Yi,et al.One-dimensional metal oxide nanotubes,nanowires,nanoribbons,and nanorods:synthesis,characterizations,properties and applications[J].Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences,2012,37(1):1-74.

[15] Tjong Sie-chin.Nanocrystalline materials:their synthesis-structure-property relationships and applications[M].Elsevier Ltd.,2012.

[16] McClain M J,Schlather A E,Ringe E,et al.Aluminum nanocrystals[J].Nano Lett.,2015,15(4):2751-2755.

[17] 姚二崗,趙鳳起,安亭,等.納米鋁粉的活性評價方法研究進展[J].固體火箭技術,2011,34(5):603-607.

[18] 諶興.納米鋁活性保持及性能表征研究[D].武漢:華中科技大學,2009.

[19] Shahravan A,Desai T,Matsoukas T.Passivation of aluminum nanoparticles by plasma-enhanced chemical vapor deposition for energetic nanomaterials[J].ACS Appl.Mater.Interfaces,2014,6(10):7942-7947.

[20] Hammerstroem D W,Burgers M A,Chung S W,et al.Aluminum nanoparticles capped by polymerization of alkyl-substituted epoxides:ratio-dependent stability and particle size[J].Inorg.Chem.,2011,50(11):5054-5059.

[21] 張小塔,宋武林,郭連貴,等.激光-感應復合加熱法制備碳包覆納米鋁粉[J].推進技術,2007,28(3):333-336.

[22] 堵同寬,朱寶忠,李浩,等.硬脂酸包覆納米鋁粉燃燒特性[J].安徽工業大學學報(自然科學版),2016,33(1):23-27.

[23] Puneesh Puri,Vigor Yang.Effect of voids and pressure on melting of nano-particulate and bulk aluminum[J].J.Nanopart.Res.,2009,11(5):1117-1127.

[24] Andrzejak A T,Shafirovich E,Varma A.Ignition mechanism of nickel-coated aluminum particles[J].Combustion and Flame,2007,150(1-2):60-70.

[25] Shafirovich E,Bocanegra P E,Chauveau C,et al.Ignition of single nickel-coated aluminum particles[J].Proceedings of the Combustion Institute,2005,30(2):2055-2062.

[26] 程志鵬,楊毅,劉小娣,等.置換法制備核殼結構Cu/Al復合粉末[J].化學學報,2007,65(1):81-85.

[27] 程志鵬,李鳳生,楊毅,等.一種制備核殼納米Ni/Al復合粉末的新方法[J].稀有金屬材料與工程,2007,36(4):713-716.

[28] Cheng Zhi-peng,Li Feng-sheng,Yang Yi,et al.A facile and novel synthetic route to core-shell Al/Co nanocomposites[J].Materials Letters,2008,62(12-13):2003-2005.

[29] 程志鵬,徐繼明,朱玉蘭,等.化學鍍法制備納米Ni-B包覆Al復合粉末[J].材料工程,2010(1):19-22.

[30] Cheng Zhi-peng,Xu Ji-ming,Zhong Hui,et al.Amorphous Co-B/Al nanocomposites prepared by electroless coating technique and their excellent catalytic activity[J].Rare Metals,2010,29(1):32-36.

[31] 程志鵬,楊毅,王毅,等.納米鎳包覆超細鋁復合粉末的氧化性能[J].物理化學學報,2008,24(1):152-156.

[32] Cheng Zhi-peng,Chu Xiao-zhong,Xu Ji-ming,et al.Synthesis of flower-like and dendritic platinum nanostructures with excellent catalytic activities on thermal decomposition of ammonium perchlorate[J].Materials Research Bulletin,2016,77:54-59.

[33] Cheng Zhi-peng,Xu Ji-ming,Zhong Hui,et al.Novel urchin-like Pd nanostructures prepared by a simple replacement reaction and their catalytic properties[J].Applied Surface Science,2011,257(18):8028-8032.

[34] 王毅,姜煒,程志鵬,等.核殼結構Ni(Cu,Co)/Al微納米復合粒子的制備及其與Fe2O3的熱反應性能表征[J].稀有金屬材料與工程,2008,37(7):1197-1120.

[35] Trunov M A,Schoenitz M,Zhu X Y,et al.Effect of polymorphic phase transformations in Al2O3film on oxidation kinetics of aluminum powders[J].Combusti.Flame,2005,140(4):310-318.

[36] Levitas V I,AsayB W,Son S F,et al.Melt dispersion mechanism for fast reaction of nanothermites[J].Appl.Phys.Lett.,2006,89(7):071909-071911.

[37] Chowdhury S,Sullivan K,Piekiel N,et al.DiffusivevsExplosive reaction at the nanoscale[J].J.Phys.Chem.C,2010,114(20):9191-9195.

[38] Firmansyah D A,Sullivan K,Lee K S,et al.Microstructural behavior of the alumina shell and aluminum core before and after melting of aluminum nanoparticles[J].J.Phys.Chem.C,2012,116(1):404-411.

[39] Coulet M V,Rufino B,Esposito P H,et al.Oxidation mechanism of aluminum nanopowders[J].J.Phys.Chem.C,2015,119(44):25063-25070.

[40] Kenji Koga,Makoto Hirasawa.Evidence for the anisotropic oxidation of gas-phase Al Nanoparticles[J].J.Nanopart.Res.,2015,17(7):1-9.

[41] 劉香翠,朱慧,張煒,等.納米鋁粉在煤油中的均分散技術[J].推進技術,2005,26(2):184-187.

[42] 王晨光.納米鋁粉在固體推進劑中的應用研究[D].長沙:國防科技大學,2008.

[43] Cliff M,Tepper F,Lisetsky V.Ageing characteristics of alex nanosize aluminum[R].AIAA 2001-3287.

[44] Guo Lian-gui,Song Wu-lin,Hu Mu-lin,et al.Preparation and reactivity of aluminum nanopowders coated by hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB)[J].Applied Surf.Sci.,2008,254(8):2413-2417.

(編輯：崔賢彬)

Research progress of nano aluminum fuel

CHENG Zhi-peng1，HE Xiao-xing2

(1.Jiangsu Key Laboratory for Chemistry of Low-Dimensional Materials，Huaiyin Normal University， Huaian 223300，China；2.Xi’an Aerospace Information Institute，Xi’an 710025，China)

The addition of nano-aluminum in the solid rocket propellants is beneficial to obtain higher burning rate,higher specific impulse and lower signal characteristics than that of traditional micron-aluminum. The research progress on nano aluminum fuel synthesis,the activity protection,the high temperature oxidation reaction mechanisms and the dispersion property of this nanomaterial in the energetic systems are reviewed,where the development trends of key technologies are analyzed.Finally,the forthcoming research direction of nano aluminum fuel is proposed.The method of synthesis of anisotropic nano aluminum fuel is also explored.The way of modifying and coating of nano aluminum surfaces in order to improve its activity is also summarized.The mechanisms of the oxidation reaction of nano aluminum fuel at different reaction rates have been clarified.Attention has been paid to the dispersion and characterization technology of aluminum fuel in energetic materials,where the effect of dispersion on combustion stability was clarified as well.

nano aluminum；material synthesis；activity protection；high temperature oxidation；dispersion property

2017-03-29；

2017-05-01。

國家自然科學基金面上項目(51676082)；江蘇省“青藍工程”人才項目。

程志鵬(1982—)，男，博士/副教授，研究方向為微納米鋁燃料。E-mail：nanohytc@126.com

TJ763

A

1006-2793(2017)04-0437-06

10.7673/j.issn.1006-2793.2017.04.007