Jones等[JON 03]利用热分析(空气气氛)研究了钝化层厚度对纳米铝粉末活性的影响。研究涉及的铝颗粒主要包括粒径在20~50 nm范围内的铝颗粒(覆盖有Al2O3钝化层),表面涂有约18%(质量分数)含氟聚合物的铝颗粒以及ALEX®铝颗粒。比较结果表明,钝化层厚度对材料活性影响不明显,而其他因素作用不可轻视,如粒径分布、团聚程度以及钝化层属性。虽然氧化壳厚度对颗粒活性的影响不显著,但Al2O3含量的增加可能会显著影响反应产物的微观结构和宏观性能。
含有Al2O3钝化层的粒径在20~50 nm范围内的纳米铝颗粒在空气中的活性比粒径为180 nm的ALEX®铝颗粒要低,虽然前者的粒径更小,但由于样品老化导致其表面的氧化物层相对较厚,反而造成其在空气中的活性较低。含氟聚合物包覆后的铝颗粒在水中反应活性降低,因此会减弱样品老化的影响。Chowdhury等[CHO 10]研究了不同氧化铝壳层厚度对Al/CuO纳米铝热剂点火延迟时间的影响。该实验通过高速热升温处理使得铝颗粒(标称直径为50 nm,ALEX®)的氧化铝球壳厚度在2~4 nm变化,然后将铝颗粒与CuO混合,实验结果表明点火延迟时间随着球壳厚度的增加而增加。
Kappagantula等[KAP 12]对比研究了表面功能化的铝颗粒和未进行表面处理的铝粉对Al/MoO3铝热剂颗粒燃烧速率的影响。实验分别使用全氟代十四酸(PFTD)和全氟癸二酸(PFS)酸化氧化铝球壳,在铝颗粒表面形成SAMs(分子自组装),如图3.13所示。测试结果表明,使用PFTD酸化的铝颗粒制备出的Al/MoO3燃烧速率比未经处理的Al/MoO3快86%,燃烧速率分别是497 m/s和267 m/s。使用PFS酸化的铝颗粒制备的Al/MoO3的燃烧速率是138 m/s,几乎是Al/MoO3的一半。分析原因,是因为Al-PFTD结构的空间位阻较大,键解离能较小,这种化学结构促进了燃烧速率的增加。这说明对铝颗粒表面进行功能化处理可以调整铝颗粒的活性。(www.xing528.com)
图3.13 PFTD/PFS酸化处理过后的铝颗粒的化学结构示意图以及带有酸性外壳的单颗粒铝粉[KAP 12](版权2012,美国化学学会)
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