加州大學(xué)研究了Al/CuO 納米多孔鋁熱劑薄膜

加州大學(xué)Michael R Zachariah 團隊研究了多孔Al/CuO 鋁熱劑，即納米薄膜上分布有不同密度（體積分數(shù)0～20%）充滿空氣的微米孔洞。通過高速攝像和高溫測定研究了孔隙度對火焰?zhèn)鞑ニ俾实挠绊?。結(jié)果表明Al/CuO 納米多層薄膜上的孔隙可使燃燒速率更快（在孔隙度為20%時燃燒速率可提高18%），同時火焰溫度保持不變。熱傳導(dǎo)是高密度（80%理論密度）鋁熱劑的主要傳熱機制?？紫洞嬖谇闆r下燃燒速率的提高主要是由于孔隙內(nèi)的空氣對流與可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)機制的改變，進而導(dǎo)致微米孔隙周圍區(qū)域點火閾值降低。事實上，孔隙內(nèi)的O2分子會擴散并與固體Al 反應(yīng)在孔隙內(nèi)表面形成Al2O3?？紫秲?nèi)的反應(yīng)機制以氣相反應(yīng)為主，而無孔隙時反應(yīng)機制為Al 與O 在氧化鋁殼層內(nèi)擴散機制，因而Al/CuO 納米多孔鋁熱劑薄膜具有更低的點火溫度。

源自：Tao Wu，Baptiste Julien，Haiyang Wang，et al. Engineered Porosity?Induced Burn Rate Enhancement in Dense Al/CuO Nanothermites［J］. ACS Appl Energy Mater，2022（5）：3189-3198.

加州理工大學(xué)預(yù)測了一種氧平衡及爆轟性能優(yōu)于CL?20 的高能分子CL?20?EO

CL?20 優(yōu)良的能量特性使之成為高能量密度材料中的佼佼者，美中不足的是其負的氧平衡。加州理工大學(xué)William A Goddard，III 團隊預(yù)測，將醚鍵引入CL?20 的C—C 鍵后所形成的CL?20?EO 更接近零氧平衡，可以在爆轟分解中均衡產(chǎn)生CO2和H2O，可在保持較好能量特性的同時減少富碳團簇和有害氣體的產(chǎn)生。為驗證其設(shè)想，他們通過Reaxff 反應(yīng)分子動力學(xué)與第一性原理分子動力學(xué)預(yù)測了CL?20?EO 在CJ 態(tài)的爆轟特性。經(jīng)預(yù)測，相比CL?20，CL?20?EO 將爆壓與爆速分別提升了6%與1.1%，根本原因就是CL?20?EO 優(yōu)良的氧平衡。當(dāng)從CJ 態(tài)擴展到常溫常壓狀態(tài)后，不同于CL?20 生成富碳團簇與有毒氣體，CL?20?EO 僅生成無毒且完全氧化的氣體產(chǎn)物。因此，CL?20?EO 有望成為一種綠色含能材料。本研究表明氧平衡對于傳統(tǒng)含能材料的能量特性與產(chǎn)物毒性具有重要影響。

源自：Dezhou Guo，Sergey V Zybin，Andrew P Chafin，et al. Increasing Oxygen Balance Leads to Enhanced performance in Environmental?ly Acceptable High?Energy Density Materials：Predictions from First?Principles Molecular Dynamics Simulations［J］. ACS Appl Mater Interfac?es，2022（14）：5257-5264.

中物院化材所構(gòu)筑了具有可控多層級微納結(jié)構(gòu)的HMX 多晶聚集體

具有微納結(jié)構(gòu)的含能材料通常表現(xiàn)出低感度與高穩(wěn)定性，但其在多尺度上的結(jié)構(gòu)調(diào)控仍舊非常困難。中物院化材所李洪珍團隊通過PVP 聚合物誘導(dǎo)結(jié)晶方法構(gòu)筑了具有可控微納結(jié)構(gòu)的HMX 多晶聚集體。研究表明，聚集體的晶型及微結(jié)構(gòu)特征與初始的過飽和度、PVP 濃度及給料速率密切相關(guān)。而且，聚集體的形貌與相組成可進行系統(tǒng)調(diào)控，通過簡單改變HMX 濃度就可將聚集體形貌從星形δ相改變到雪花狀球晶γ相。較慢的給料速率可使球晶聚集體結(jié)構(gòu)更為密實。進一步分析表明，反溶劑的優(yōu)先吸附以及PVP 與HMX 間的強相互作用可改變?nèi)芤壕钟蚧瘜W(xué)環(huán)境、降低過飽和度、提高誘導(dǎo)時間，進而調(diào)控HMX 的分子組裝路徑。更為重要的是，球狀HMX 聚集體具有更低的撞擊與摩擦感度。本項研究為設(shè)計與制備具有鮮明多尺度多層級結(jié)構(gòu)及較低感度的多晶炸藥聚集體提供了一條新的路徑。

源 自：Xin Zhou，Yan Ren，Hongzhen Li，et al. Polymer?directed crystallization of HMX to construct nano?/microstructured aggregates with tunbale polymorph and microstructure［J］. Cryst Eng Comm，2022（24）：755-764.

天津大學(xué)制備了兩種點火與燃燒性能優(yōu)異的nAl@MOF 納米含能粒子

隨著燃料和發(fā)動機技術(shù)的不斷發(fā)展，液固燃料之間的界限也越來越模糊，因此也給新型固液兩相燃料的發(fā)展帶來了巨大的機遇與挑戰(zhàn)。本項研究中天津大學(xué)鄒吉軍團隊通過原位靜電自組裝方法制備了兩種nAl@MOF 納米含能粒子，即nAl@Zn?MOF 和nAl@Co?MOF，并采用TG?DSC，CO2激光點火和等容燃燒實驗表征了nAl@MOF 的熱性能、點火和燃燒性能。結(jié)果表明，相比納米Al 顆粒，nAl@Zn?MOF 和nAl@Co?MOF 的初始放熱溫度分別降低約60 ℃和110 ℃。此外，nAl@MOF（特別是nAl@Zn?MOF?1 和nAl@Co?MOF?1）比nAl 具有更短的點火延遲時間、更高的峰壓與更快的升壓速率。研究人員提出了nAl@MOF 可能的燃燒機理，并發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控界面反應(yīng)和微爆反應(yīng)可顯著增強其燃燒過程。在納米流體燃料的點火實驗中發(fā)現(xiàn)，nAl@MOF 表現(xiàn)出雙重特征，它可同時提高固相nAl 顆粒與液相碳氫燃料的點火與燃燒性能。本項研究將MOF 引入金屬燃料來構(gòu)建具有雙重功能的含能粒子，增強了燃料的點火與燃燒性能，為先進空天燃料的設(shè)計提供了一種新的策略。

源自：Kang Xue，Huaiyu Li，Lun Pan，et al. Bifunctional core?shell nAl@MOF energetic particles with enhanced ignition and combustion per?formance［J］. Chemical Engineering Journal，2022（430）：132909.