[发明专利]绿色顿感纳米阵列起爆药的制备方法

说明书

本发明公开了一种绿色顿感纳米阵列起爆药的制备方法。具体为纳米级别五硝基四唑亚铜(CuNT)纳米阵列起爆药薄膜采用连续3步电化学氧化还原的方法快速在铜箔表面原位制备得到。具体是首先将洁净的铜片在氢氧化钾溶液中阳极氧化腐蚀制备出氢氧化铜纳米线阵列，随后继续在硫酸钠溶液中阴极还原成铜纳米线阵列，最后在五硝基四唑钠溶液中阳极氧化制备出CuNT起爆药纳米阵列薄膜。本发明成功首次制备出纳米级别的新型绿色起爆药CuNT，通过该起爆药的纳米薄膜化不仅仅能够改善该起爆药的性能，而且能够提高与微机电系统(MEMS)的兼容性，从而拓展了该新型绿色含能起爆药的应用。

技术领域

本发明属于含能材料领域，涉及一种绿色顿感纳米阵列起爆药的制备方法。

背景技术

在军事和商业爆破中，炸药的链式反应通常是由少量高度敏感的初级炸药爆炸引起的。这些初级炸药的敏感性质使得可以使用较小的针对性刺激物将较大剂量的相对不敏感的高炸药引爆。这种初级炸药被称为起爆药，能够从爆燃快速的转变为爆轰。这个特点决定了起爆药需要更好的安定性。近年来，虽然在商业和军事上已经使用过的起爆药种类很多，但是目前最常用的仍然是叠氮化铅以及斯蒂芬酸铅。重金属铅不仅会引发环境的污染，而且会对人体的中枢神经系统、肾脏以及血液有极大的影响。目前铅已经成为国际上严格管理的化学物质。包括美国也在1993年12856号执行条例当中要求包括国防部在内的机构减少或禁止采购相关危险物质。因此急需寻找一种可替代铅系列起爆药的的环境友好型的起爆药。

为了开发新的绿色起爆药，目前各国都进行了大量的研究。目前新型的起爆药有以叠氮化铜为代表的无机化合物，以及以四唑化合物为代表的有机金属化合物。其中叠氮化铜的纳米化研究是目前最受关注的。在文献()中，张芳等人在2012年利用氧化铝模板制备出铜纳米线后再经过叠氮气体腐蚀反应制备出叠氮化铜纳米线。但是该制备过程不仅仅没有改善叠氮化铜感度过高的问题，该叠氮气体腐蚀反应制备方法也极具危险性。在Pelletier(文献Advanced Functional Materials,2010,20(18):3168-3174.)以及Forohar(美国专利US Patent 7,879,166)等人的研究中，将叠氮化铜填充到碳纳米管当中能够很好的降低其感度，提高制备过程的安全性，但是该制备过程操作繁琐，耗时长，使得其进一步应用难以实现。出于这些原因，人们已经集中精力开发可作为叠氮化铜替代品的最低毒性和化学惰性的起爆药。

相对于叠氮化铜的高危险性，绿色有机金属起爆药五硝基四唑亚铜(CuNT)不仅具有良好的起爆能力，而且比叠氮化铅具有更低的感度，是一种安全的绿色起爆药。在文献(Propellants,Explosives,Pyrotechnics,2011,36,541-550)中提到美国海军太平洋含能材料公司(PSEMC)最早在实验过程中无意发现了该物质。随后美国国防部对其进行了一系列的研究，认为其大多数情况下可以等体积替换叠氮化铅。目前合成CuNT的主要方法是利用氯化亚铜与NaNT溶液反应生成CuNT(美国专利US Patent,7,833,330)。该方法虽然能够制备出CuNT，但是仍然存在一定的问题，一是该产物结晶颗粒大，造成产物感度的提高，二是样品制备工艺无法与未来新一代MEMS火工品技术相兼容，限制了其进一步的应用。目前还没有关于CuNT的纳米化的研究报告。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、能够与MEMS系统相兼容的具有良好起爆能力绿色起爆药(CuNT)薄膜及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

绿色顿感纳米阵列起爆药的制备方法，采用连续3步电化学氧化还原方法在铜片基底上原位制备CuNT纳米阵列薄膜。

上述CuNT纳米阵列薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，以水为溶剂，分别配置浓度为1～4mol/L的氢氧化钾溶液，0.1-2mol/L硫酸钠溶液，0.1-0.4mol/L五硝基四唑钠溶液。