納米鋁熱劑的微觀模擬研究進展

崔 巍，王亞軍，甘 強，馮長根

(北京理工大學 爆炸科學與技術國家重點實驗室，北京 100081)

引 言

鋁熱劑是一種古老的煙火劑，最早為按照一定比例配置的鋁粉與氧化鐵粉末的物理混合物[1]。隨著科學技術的不斷發展，鋁熱劑的概念、范疇也不斷得到擴展和推廣，現在通常指點燃時可以放出大量熱的燃料(如金屬)與氧化劑(如金屬氧化物、含氧酸鹽、氟聚物等)的混合物或復合物。傳統鋁熱劑多通過將燃料與氧化劑進行物理混合來制備，其組分尺度通常在微米量級，燃燒速率和能量釋放速率較低[2]，極大地限制了材料性能的發揮以及其在更廣泛領域的應用。納米鋁熱劑是近年來快速發展起來的一類新型納米含能材料，又被稱為超級鋁熱劑，是指由粒徑為納米尺度的燃料和氧化劑經復合處理而得到的納米級復合含能材料[3]，由于組分顆粒尺寸大大縮小，使得材料燃燒放熱性能大幅提高，相關性能指標最大可提高1000倍以上。其儲能放熱原理是利用了燃料與氧化劑之間的鋁熱反應，具有能量密度高、燃燒速率快(數千米/秒)、反應傳播臨界尺寸小(數微米)等優點[4-5]，在微含能器件(微點火[6]、微起爆[7]、微推進[8]等)、高能添加劑[9]等領域展現出良好的應用前景，已成為含能材料領域一個重要研究方向。

目前，納米鋁熱劑的實驗研究主要集中在微觀結構調控與宏觀性能表征上，主要有以下幾個方面：(1)基本熱力學性質及燃燒性能研究，主要采用差示掃描量熱法(DSC)、熱重分析(TGA)、X射線衍射(XRD)等技術獲得材料的放熱性能、起始反應溫度、熱穩定性等[10-12]；……