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第13卷第5期含!能!材!料VoI.13，No.5

2005年10月ENERGETICMATERIALS0Ctober，2005

文章编号：1006-9941（2005）05-0340-04

纳米复合含能材料的研究进展

郁卫飞，黄辉，聂福德，张启戎，李海波，李金山
（中国工程物理研究院化工材料研究所，四川绵阳621900）

摘要：对纳米复合材料的研究进展进行了综述，例举多种纳米复合材料的制备方法：SoI-geI法、溶剂/非溶剂
法、高能研磨法、多孔金属/填充物复合法。对这些制备方法及制品的性能进行了分析，认为纳米复合材料提供了
研究含能材料的新角度，改进了纳米粉体含能材料储存使用过程的安全性，减轻了粒子团聚现象，有利于充分发挥
材料的纳米特性。纳米复合含能材料的制备技术、制备工艺参数及制品结构对其性能的影响规律研究还处在探索
阶段，今后还需理论和实践两个方面进行更加深入地分析、探讨。
关键词：材料科学；含能材料；纳米科技；溶胶凝胶；多孔硅；综述
中图分类号：TJ55；063文献标识码：A

），经浓缩胶链形成三维网络骨架（凝胶，），用超
引言SoIgeI
1临界抽提等方法去除溶剂形成高孔隙率的气凝胶，用
纳米技术是20世纪80年代末诞生并正在崛起的蒸发法去除溶剂形成密度稍大的干凝胶。SoI-geI技术
新兴技术，它是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通简单易操作，不需要特殊的温度和仪器设备［16］，美国
过直接操作和安排原子分子创造新的物质的技术，纳LLNL实验室于1995年取得气溶胶制备技术的突破，
米科技的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领即将SoI-geI方法引入现代含能材料研究［17，18］，利用
域产生一场革命性的变化。随着纳米科技的突飞猛SoI-geI方法在分子尺度上进行纳米炸药粒子的混合，
进，人们发现微米/纳米技术在含能材料研究领域也有可以精确控制材料粒子的成分和形貌，得到某些特殊
着重要的作用和意义。已有的研究大量涉及了微米/性能，如更高的能量密度和能量输出。
纳米含能材料的制备与应用［1~4］，含纳米铝粉炸药的
下面给出了SoI-geI方法制备氧化剂骨架/纳米粒
研制与应用［5~11］，推进剂用纳米催化剂的制备及其对
子复合物，惰性硅胶/纳米炸药晶体复合物、核壳型纳
［12~15］
推进剂使用性能的改进等。米复合粒子的几个例子，并进行了较细致的探讨。
在研究中发现，单一的纳米粉体难以均匀地分散
2.1.1sol-gel法制备纳米含能材料复合物
于其它成分之中，无法充分发挥纳米粒子的大比表面、
典型的纳米含能材料复合物是由多孔氧化剂凝胶
高表面能、高表面活性等优点。纳米粒子不能均匀分
和孔内的纳米燃料组成，如纳米铝热剂［19］。在F（eIII）
散的主要原因是纳米粒子表面能很大，粒子极易团聚，
盐溶液中加入有机环氧化物和燃料AI粉体颗粒，经过
常规的工艺及混合设备也无法使其均匀混合。要提高
一定过程后形成气凝胶或干凝胶，从高分辨率TEM可
纳米粒子的实际使用效果，一种有效的方法是将纳米、
以看到，环氧化物为凝胶骨架，3~10nm粒径的Fe0
微米粒子进行复合处理，提高纳米粒子的分散性，充分23
团簇与25nm粒径的铝粉紧密相邻。
发挥其表面特性，提高实际使用效果。另外，纳米复合
SoI-geI方法制备铝热剂Fe0/AI，可以避免普通
处理使得纳米粒子综合了各个单一成分的特点，实际23
制备方法的火灾危险，形成普通方法达不到的纳米尺
上可以获得集多种特性于一身的新型含能材料。
度均匀混合。这种纳米复合材料在标准的撞击、火花、
2纳米复合含能材料研究进展摩擦感度测试中钝感，而燃烧更快速，热点火感度比对
照材料更敏感，气凝胶样品比干凝胶更易点火。使用
2.1sol-gel制备纳米复合含能材料技术
时剧烈放热，温度可以超过3500C。美国LLNL实验
SoI-geI方法是指含纳米粒子的化学溶液（溶胶，
室含能材料中心开展了纳米铝热剂的应用研究［20］，采
收稿日期：2005-03-15；修回日期：2005-05-16用高精密度溅射铝/镍合金的方法沉积制作了纳米层
基金项目：中国工程物理研究院科学基金（20040541）
状复合金属箔，单层厚度2~1000nm，在这种铝/镍多
作者简介：郁卫飞（1970-），男，副研，从事含能材料合成与制备研究。
e-maiI：[e-mail]层复合合金箔片表面用SoI-geI化学方法涂覆一层纳

书
第5期郁卫飞等：纳米复合含能材料的研究进展341

米复合材料，层厚仅，且物中燃料氧化剂微观组成和分布十分均匀，达到与计
Fe203/AI0.1~500!m-
的粒径在纳米到微米级别之间可调。这种量反应一致的粒度，预测［19］，这种复合物必将
Fe2