[发明专利]纳米复合含能薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米复合含能薄膜及其制备方法，以多孔纳米氧化铝为支撑材料，在所述支撑材料孔道内设置内嵌叠氮化物的碳纳米管即得所述的含能薄膜。本发明将叠氮化物内嵌在氧化铝孔道中的定向碳纳米管中空管腔内，形成了一类新型纳米结构的复合含能薄膜材料，该材料不仅能够解决叠氮化物使用的安全性问题，而且一定程度上能够提高叠氮化物的爆炸性能，同时满足含能材料工程化应用的稳定性要求。

技术领域

本发明涉及一种纳米结构复合含能薄膜及其制备方法，更具体地说是一种内嵌叠氮化物的碳纳米管/氧化铝复合含能薄膜及其制备方法。

背景技术

随着武器技术的发展,传统的火工品的体积、成本和可靠性已经难以满足需求，火工品技术正朝着小型化、智能化、低成本及高可靠性的方向发展。其中微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System, MEMS）技术是火工品微型化发展的主要方向。MEMS技术的出现使得起爆系统实现低成本、小体积、高可靠性成为可能，同时留出更多的空间来容纳更多的传感器和主装药，使得弹药的精确度和杀伤力大大提高。

迄今为止，作为起爆药的固体含能材料主要有叠氮化铅和斯蒂芬酸铅，这两种药剂因为含铅而具有毒性，对环境的危害较大。叠氮化铜具有良好的爆炸性能，同时因为不含有铅而更环境友好，所以其有希望成为目前常用有毒起爆药的替代物。但是，叠氮化铜较高的感度限制了它的实际应用。

叠氮化铜是一种对摩擦、撞击和静电极其敏感的起爆药，它的安全性使得其在实际工程中难以得到应用。2008年Gerald提出一种在基底上原位制备引爆装置的专利，技术包括在基底上沉积一层金属层，金属层经反应形成起爆药层。后来众多研究者们制备了多孔的叠氮化铜以及其碳复合材料，但是他们并没有解决了集成化和安全性的问题，之后的装药以及敏感性并没有得到实际的解决。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种更加安全、环保、可用于MEMS火工品含能装药的薄膜材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种纳米复合含能薄膜，以多孔纳米氧化铝为支撑材料，在所述支撑材料孔道内设置内嵌叠氮化物的碳纳米管即得所述的含能薄膜。

进一步的，叠氮化物为叠氮化铜或叠氮化镍。

进一步的，所述的支撑材料通过一过渡层设置在基底上，其中，所述的过渡层采用V、Cr、Zr和Ti金属层中任意一种，其厚度为10-200nm；所述的基底采用厚度为200~1000μm单晶硅片、金属片或玻璃片。

进一步的，含能薄膜的厚度为500~800纳米。

进一步的，多孔纳米氧化铝的孔径为20-300nm。

进一步的，内嵌叠氮化物的碳纳米管通过向碳纳米管孔道中沉积金属纳米粒子，再对所述金属纳米粒子进行叠氮化处理制得，其中，金属纳米粒子为铜或镍。

上述纳米复合含能薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）首先在基底上采用磁控溅射沉积金属层作为过渡层；

（2）在过渡层上采用磁控溅射沉积金属铝，再进行阳极氧化处理得到多孔纳米氧化铝作为支撑材料；

（3）以化学气相沉积碳纳米管；

（4）采用电化学沉积向碳纳米管孔道中沉积金属纳米粒子，再对所述金属纳米粒子进行叠氮化处理，得到所述的薄膜。

进一步的，步骤（1）中，磁控溅射沉积工艺参数为：过渡层金属靶材的纯度为99.99%，磁控溅射时工作气压为0.2-0.8Pa，Ar气流量为20-40Sccm，溅射功率控制在150-300W,金属层沉积速率为10-20nm/min。