[发明专利]一种核壳型纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料领域，具体涉及一种高氯酸铵(AP)/金属氧化物的核壳型纳米复合材料。 

背景技术

AP是一种重要的含能材料，只有提高AP热分解效应，促进AP的热分解，才能使其充分释放能量。在提高AP热分解效应的众多方法中，通过减小AP的粒度，可以在一定程度上改善其热分解性能，但由于AP晶体本身具有一定的吸湿性，超细粉体比表面大，表现出强烈的体积效应和表面效应，极易团聚，因此这种方法对促进AP的热分解效果有限，而且作为含能材料的AP的超细化是比较危险的过程。而通过添加燃烧催化剂来催化AP热分解被认为是最有效的方法之一。按燃烧催化剂的组成和结构来分，常用有效的品种可归纳为如下三大类：(1)金属氧化物催化剂；(2)金属单质催化剂；(3)二茂铁及其衍生物类催化剂。其中金属单质催化剂化学活性很高的特性，也是其极大的缺点，在空气中极易被氧化而失去原有的物理化学特性，影响其使用效果；而二茂铁类催化剂在加工和贮存过程中易挥发和迁移，稳定性不足；目前实用性最好的燃烧催化剂为金属氧化物催化剂。 

纳米氧化物催化剂由于具有高比表面积和高表面能，其反应活性和催化选择性均远高于传统微米氧化物催化剂。然而正是由于纳米氧化物催化剂的高活性，导致其极易团聚，而材料本身一旦发生团聚，其催化性能将会大大降低，同时，团聚之后，在使用中也会影响其分散的均匀性、催化剂与AP之间不能充分接触，其应有的催化效率必然降低。目前，纳米催化剂与AP的复合，大多是通过机械化学法(如搅拌、研磨等)或利用一些表面活性剂制备成催化剂与AP的复合材料。其中，机械化学法的复合均匀 性有限，且存在一定的安全隐患，而表面活性剂法对工艺和活性剂种类的要求则相对较高。这些问题的存在不但影响了纳米催化剂的实际使用效果也增加了使用纳米催化剂的成本。若能制备出一种以AP为核催化剂为壳的复合材料，用纳米氧化物催化剂对AP粒子进行包覆处理，将解决上述问题，达到催化剂的均匀分散和高效催化AP热分解的目的。 

发明内容

本发明的目的在于避免纳米氧化物催化剂与AP混合时所带来的分散性问题，而提供一种以AP为核纳米氧化物催化剂为壳的复合材料，该纳米复合材料使纳米氧化物催化剂均匀地分布在AP表面，两者充分接触，促进了催化效果；本发明还提供了该复合材料的制备方法。 

为实现上述目的，一种核壳型纳米复合材料，其特征在于，该复合材料由高氯酸铵和纳米金属氧化物复合构成，纳米金属氧化物的质量百分比为0.1-10％，其优选的质量百分比为1-6％。 

上述的核壳型纳米复合材料的制备方法包括下述步骤： 

(1)将金属盐溶于乙酸乙酯中，超声振荡使之完全溶解得到金属盐溶液，金属盐在金属盐溶液中的摩尔浓度为0.0004-0.04mol/L； 

(2)在金属盐溶液中加入高氯酸铵，不溶，室温下搅拌使高氯酸铵分散均匀； 

(3)用OH^-离子浓度为0.1-1mol/L的碱性溶液匀速滴定，使金属盐中的金属离子完全转化为沉淀； 

(4)过滤所得沉淀并洗涤，将所得粉体干燥，得到核壳型纳米复合材料。 

本发明与现有技术和材料相比具有以下优点 

1.解决了纳米氧化物催化剂在AP中的分散性问题 

实际应用表明，单一的纳米粒子易团聚，实际起催化作用的表面积很小。而采用化学沉积法将纳米催化剂负载于AP的表面，制成一种复合粒子， 这种复合粒子具有良好的分散性和很大的催化表面积，具有较好的实际应用效果。这就有效解决了目前采用机械混合法将AP与金属氧化物催化剂直接混合所导致的分散均匀性有限的问题。 

2.氧化物催化剂在AP上原位生成，且氧化物的含量可调。 

纳米催化剂在推进剂中的原位生成技术将很好的解决纳米催化剂实用性差的问题，为纳米催化剂在推进中的应用前景开辟了一种新途径。且可通过控制反应溶液的浓度来控制催化剂含量，实现催化剂比例最优化。 

3.具有自催化性，且催化效果显著。