多孔空心结构铝热剂及其制备方法
阅读说明：本技术 多孔空心结构铝热剂及其制备方法 (Porous hollow structure thermite and preparation method thereof ) 是由 黎学明 何苗 谢玉婷 杨文静 何银芳 李安琪 曾旭钟 杨磊 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：多孔空心结构铝热剂及其制备方法,该方法包括：将葡萄糖水溶液的水热反应产物离心分离并干燥后得到碳球颗粒；将所得碳球颗粒、硝酸铜和氨水在水中超声分散后形成第一悬浮液；将所形成的第一悬浮液进行水浴老化反应；将老化反应产物离心分离并干燥后得到C/Cu前驱体；将所得C/Cu前驱体煅烧后得到空心CuO；再将所得空心CuO、纳米铝粉超声分散于异丙醇和聚乙烯亚胺(PEI)–乙醇混合液后形成第二悬浮液；将所形成的第二悬浮液进行电泳以在阴极沉积得到多孔空心结构的Al/CuO铝热剂。(The porous hollow structure thermite and the preparation method thereof, the method comprises the following steps: centrifugally separating and drying a hydrothermal reaction product of the glucose aqueous solution to obtain carbon sphere particles; ultrasonically dispersing the obtained carbon sphere particles, copper nitrate and ammonia water in water to form a first suspension; carrying out water bath aging reaction on the formed first suspension; centrifugally separating and drying the aging reaction product to obtain a C/Cu precursor; calcining the obtained C/Cu precursor to obtain hollow CuO; ultrasonically dispersing the obtained hollow CuO and nano aluminum powder in a mixed solution of isopropanol and Polyethyleneimine (PEI) -ethanol to form a second suspension; and carrying out electrophoresis on the formed second suspension to deposit the Al/CuO thermite with a porous hollow structure on a cathode.)
技术领域
本发明涉及一种铝热剂及其制备方法。
背景技术
铝热剂(thermite)是一种由金属燃料(Al、Mg等)和金属氧化物(CuO、Fe2O3、NiO等)组成的复合物，在一定条件(光、热)下可发生剧烈反应，放出大量热量，被广泛应用于高温切割、铝热焊接以及含能添加剂。铝热剂的性能主要受燃料和氧化剂间传质距离的影响，目前，研究人员主要通过降低氧化物粒径来调控反应物组分间的传质距离。但当氧化物粒径降低到一定程度时，颗粒间会出现团聚现象，极大地影响铝热剂的性能。
空心材料在铝热剂中有着良好的应用前景，具有密度小、比表面积大等特点。采用空心氧化物与铝粉进行复合，可极大地增加组分间的接触面积，提高铝热剂的反应性能。目前，空心材料的合成主要为模板法，包括软模板法和硬模板法。其中硬模板法应用更为广泛，具有形貌可控，可以大批量生产，合成方法简单等特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝热剂的制备方法，其能够解决上述现有技术中的某个或某些缺陷。
根据本发明的第一方面，提供了一种铝热剂的制备方法，包括：
将葡萄糖配制成浓度为0.5～1.2mol/L的水溶液，转移至水热反应釜进行水热反应，水热反应温度为160～200℃，反应时间为6～10h；
将水热反应产物离心分离并干燥后得到碳球颗粒；
将所得碳球颗粒、硝酸铜和氨水在水中超声分散后形成第一悬浮液，其中碳球颗粒的质量浓度为0.08～0.15g/mL，硝酸铜的浓度为0.05～0.15mol/L，硝酸铜和氨水的摩尔比为(2～6):1；
将所形成的第一悬浮液进行水浴老化反应，其中水浴温度为45～55℃，老化时间为6～12h；
将老化反应产物离心分离并干燥后得到C/Cu前驱体；
将所得C/Cu前驱体煅烧后得到空心CuO，其中煅烧温度为450～600℃，煅烧时间为4～8h；
将所得空心CuO、纳米铝粉超声分散于异丙醇和聚乙烯亚胺(PEI)–乙醇混合液后形成第二悬浮液，其中纳米铝粉和CuO粉末的质量比为(0.15～0.55):1，二者总的颗粒浓度为0.8-1.2g/L，聚乙烯亚胺–乙醇溶液中聚乙烯亚胺的含量为悬浮液中总颗粒质量的8-12％，异丙醇和聚乙烯亚胺(PEI)–乙醇混合液的体积比为(90～110):1；以及
将所形成的第二悬浮液进行电泳以在阴极沉积得到多孔空心结构的Al/CuO，其中电泳沉积时间为5～15min，外加电压为90～110V。
电泳沉积时阴阳极间距优选为0.8～1.2cm左右。
煅烧时的升温速率优选小于2℃/min。
所得空心CuO的平均粒径优选为300～400nm。
根据本发明，也可以使用氯化铜或硫酸铜来替代硝酸铜。
根据本发明的第二方面，提供了一种铝热剂，其根据上述方法制备。
与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：
(1)使用的碳球(颗粒)模板制备过程简单且颗粒尺寸可控；
(2)制备的多孔空心CuO无杂质产生且CuO的尺寸可通过碳球的尺寸进行调控；以及
(3)通过电泳沉积可控组装多孔空心CuO和纳米Al，其性能可调，且反应性高。
附图说明
图1是根据本发明实施例制备的多孔空心CuO的XRD图；
图2是根据本发明实施例中制备的多孔空心结构Al/CuO的XRD图；
图3是根据本发明实施例中制备的多孔空心CuO的SEM图；
图4是根据本发明实施例中制备的多孔空心结构Al/CuO的DSC图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步解释说明。
实施例
步骤1：称取7.00g葡萄糖，溶于40mL去离子水中，转移至100mL水热反应釜中，在170℃下反应8h后取出，洗涤、离心后，在60℃下干燥24h得到碳球，研磨备用。
步骤2：称取步骤1的碳球3g，溶于25mL去离子水中，超声10min；称取0.604g硝酸铜溶于上述溶液中，滴入1mL的氨水(0.5mol/L)，超声30min得到均匀的悬浮液；将上述悬浮液在50℃水浴下老化8h后取出，经水洗、离心、干燥后得到C/Cu前驱体；将上述前驱体在500℃下煅烧6h即可得到空心CuO。
步骤3：称取0.0184g纳米铝粉和0.0816g空心CuO(当量比为1)，加入100mL异丙醇和1mL的聚乙烯亚胺(PEI)–乙醇溶液(质量浓度为10g/L)，超声20min后进行电泳沉积，采用钛片作为阴阳极，电极间距为1cm，在100V外加电压下进行电泳，沉积时间为10min，即可在阴极钛片上得到多孔空心结构Al/CuO。
对得到的空心CuO和多孔空心结构Al/CuO进行表征，结果见图1-4。图1为根据本发明实施例制备的多孔空心CuO的XRD图，从图中可以看出其衍射峰与CuO的PDF卡片(#80-1916)一致，CuO结晶度高。图2为制备的多孔空心结构Al/CuO的XRD图，其衍射峰与Al和CuO的衍射峰对应，且复合后样品未出现其他衍射峰，说明复合过程中Al和CuO未发生反应。图3为制备的多孔空心CuO的SEM图，从图中可以看出CuO为空心球状，粒径约为300～400nm。图4是制备的多孔空心结构Al/CuO的DSC图，从图中可以看出，多孔空心结构Al/CuO的起始放热温度为554℃，主要发生固相反应，整个放热过程的放热量为1328.5J/g。