[发明专利]喷雾共沉淀法制备纳米核壳Al@KIO4

说明书

本发明公开了一种喷雾共沉淀法制备纳米核壳Al@KIO₄铝热剂的方法。所述方法采用喷雾共沉淀法，以高碘酸盐的水溶液作为输送液，以钾盐的水溶液或乙醇溶液作为接收液，将纳米铝粉加入到输送液中，通过喷雾将输送液分散成含有铝粉的悬浮液滴，喷入接收液，将高碘酸盐置换为高碘酸钾，得到纳米核壳Al@KIO₄铝热剂。本发明制备的铝热剂为纳米高碘酸钾包覆纳米铝的核壳型铝热剂，极大地增加组分间接触面积，提高其燃烧速率和放热性能，目前产量可达30g/h，可用于半导体桥、桥丝以及激光点火以及起爆序列中。

技术领域

本发明涉及一种喷雾共沉淀法制备纳米核壳Al@KIO₄铝热剂的方法，属于含能材料制备技术领域。

背景技术

纳米铝热剂是由纳米级的燃料(通常为纳米铝)与氧化剂组成的亚稳态分子间复合材料。纳米铝热剂因其具有高能量密度、低毒性等特点引起了科研工作者的广泛兴趣，在诸多方面取得了长足的进步。一方面，氧化剂的种类不断增加，包括氧化物(Fe₂O₃、 MoO₃、CuO、Bi₂O₃、I₂O₅)，含氧酸盐(如KMnO₄、NaIO₄、CuSO₄·5H₂O)，氟化物 (如FeF₃、PTTE)等，极大地丰富了铝热剂的组分。另一方面，各种各样的纳米结构，例如中空纳米球、纳米线、芯/壳纳米阵列和组装纳米颗粒，增加了组分间接触面积，极大地提高了能量释放速率。这些研究表明纳米铝热剂可通过选取合适的组分以及设计适当的结构来调控其性能，进一步拓宽它的应用领域。

目前，以喷雾法为核心的一系列工艺已经成熟地应用于纳米核壳结构的制备中。如喷雾干燥、喷雾热解等。喷雾结晶法是一种在喷雾形成的微小液滴中实现物质结晶的手段，其生产过程安全、快速、环保。Michael R.Zachariah等人利用喷雾干燥法制备了 Al@KIO₄、Al@NaIO₄核壳铝热剂，阐述了其燃烧机理(Jian G,Feng J,Jacob RJ,etal.Super-reactive Nanoenergetic Gas Generators Based on Periodate Salts[J].AngewandteChemie International Edition,2013,52(37):9743.)。万早雁等人同样利用喷雾干燥法制备Al@NaIO₄核壳铝热剂，并将其作为起爆药用于雷管装药(Wan Z, CruzATM,Li Y,etal.Facile production of NaIO4-encapsulated nanoAl microsphere asgreen primary explosive and its thermodynamic research[J].CHEM ENG J,2019,360:778.)。但是由于高碘酸钾的溶液的浓度很低(0.65g/100g水，40℃)，其产率受到较大限制，阻碍了其应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种喷雾共沉淀法制备纳米核壳Al@KIO₄铝热剂的方法，该方法利用KIO₄与NaIO₄的溶解度差异，采取喷雾共沉淀法在常温下安全快速地制备 Al@KIO₄核壳材料。

实现本发明的技术解决方案为：

喷雾共沉淀法制备纳米核壳Al@KIO₄铝热剂的方法，包括以下步骤：

采用喷雾共沉淀法，以高碘酸盐的水溶液作为输送液，以钾盐的水溶液或乙醇溶液作为接收液，将纳米铝粉加入到输送液中，超声或搅拌至混合均匀，在常温和搅拌条件下，通过喷雾将输送液分散成含有铝粉的悬浮液滴，喷入接收液，将高碘酸盐置换为高碘酸钾，形成核壳结构，抽滤，洗涤，脱水，干燥，得到纳米核壳Al@KIO₄铝热剂。