[发明专利]一种锌铜掺杂的氧化镁纳米粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高能固体推进剂技术领域，具体涉及一种锌铜掺杂的氧化镁纳米粉体及其制备方法。

背景技术

高氯酸铵的催化热分解在航空航天、宇宙空间探索和卫星发射等领域有着重要作用，这是由于高氯酸铵是火箭固体复合推进剂中的一种重要的氧化剂，它的燃烧行为极大地影响着火箭飞行的弹道轨迹。为了提高推进剂的能量水平，可以在推进剂配方中加入添加剂，添加剂能够使高氯酸铵在相对较低的温度下实现高效热分解，以提高燃料温度而获得高的比冲和特征速度。人们研究了大量的添加剂并发现了一些具有优异催化性能的添加剂，但是由于这些添加剂的密度高，很可能给火箭增加额外的负载。因此，寻找具有高催化性能、低密度的添加剂成为材料和化学领域的研究热点。

氧化镁的理论密度为3.58g·cm^-3，是一种低密度材料。已有文献表明，氧化镁作为添加剂时，对高氯酸铵表现出一定的催化性能，可以将纯高氯酸铵高温阶段的热分解温度降低50~70℃（DuanGuorong,YangXujie,ChenJian,etal.ThecatalyticeffectofnanosizedMgOonthedecompositionofammoniumperchlorate.PowderTechnology,172(1):27-29.）。但与其他已知的催化添加剂相比，该材料的性能仍需进一步提高，才能使其得到更为广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锌铜掺杂的氧化镁纳米粉体及其制备方法，所得锌铜掺杂的氧化镁纳米粉体具有不同粒径及不同比表面积，使其催化活性存在差异，而可根据需要用作提高固体推进剂性能的催化添加剂。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锌铜掺杂的氧化镁纳米粉体中含有氧化镁、氧化锌和氧化铜，其通式为Mg_1-xZn_x-yCu_yO，其中，0.05≤x≤0.1，0<y<x；

所述锌铜掺杂的氧化镁纳米粉体的晶粒粒径为5-30nm，其比表面积为100~300m²/g。

进一步的，所述锌铜掺杂的氧化镁纳米粉末符合Mg_0.9Zn_0.05Cu_0.05O的化学计量比，其平均晶粒粒径为18nm，平均比表面积为200.3m²/g；或符合Mg_0.9Zn_0.02Cu_0.08O的化学计量比，其平均晶粒粒径为25nm，平均比表面积为160.5m²/g；或符合Mg_0.9Zn_0.08Cu_0.02O的化学计量比，其平均晶粒粒径为20nm，平均比表面积为230.8m²/g；或符合Mg_0.95Zn_0.02Cu_0.03O的化学计量比，其平均晶粒粒径为15nm，平均比表面积为250.8m²/g；或符合Mg_0.95Zn_0.03Cu_0.02O的化学计量比，其平均晶粒粒径为22nm，平均比表面积为210.1m²/g。

所述锌铜掺杂的氧化镁纳米粉末的制备方法包括以下步骤：

1）按镁、锌、铜离子的摩尔比为1-x：x-y：y称取乙酸镁、乙酸锌和乙酸铜，将其溶解于水中，配成金属离子混合溶液，其中，0.05≤x≤0.1，0<y<x；然后向所述金属离子混合溶液中加入柠檬酸混匀；

2）调节步骤1）所得溶液的pH值为2-5，然后蒸发除去水分，得到凝胶；

3）将步骤2）获得的凝胶加热干燥形成干凝胶；

4）将步骤3）获得的干凝胶进行研磨，在氩气气氛下进行热处理，得到黑色粉末；

5）将步骤4）获得的黑色粉末在空气中进行二次热处理，得到所述锌铜掺杂的氧化镁纳米粉末。

步骤1）中柠檬酸与总金属离子的摩尔比为1.5-2.5:1。

步骤4）中热处理的温度为600-1000℃，热处理的时间为0.5-3小时。

步骤5）中二次热处理的温度为500-900℃，热处理时间为0.5-3小时。