[发明专利]一种Al/PVDF微球的制备方法

说明书

本发明公开了一种Al/PVDF微球的制备方法，所述方法基于静电喷雾原理，采用纳米铝粉和PVDF粉末为混合粉末制备前驱液，该前驱液在高压电场的作用下，在一定推进速度下喷射沉积到基底上。该方法得到的Al/PVDF微球各组分分布均匀，Al和PVDF结合紧密，该方法设备简单，操作容易，能够一步制备出均一微米球，并且无需特殊条件，常温常压下即可进行生产。

技术领域

本发明涉及一种制备Al/PVDF微球的方法，属于含能材料的制备领域。

背景技术

含能材料（EMs）是一类储存大量化学能，并可快速释放的材料，主要包括炸药、烟火剂和推进剂。而纳米铝热剂是一种新型含能材料，主要由纳米尺度氧化剂和还原剂组成，反应时产生高温和大量热。但是纳米铝热剂也存在一些问题，如纳米铝粉表面有一层氧化层，并且纳米铝粉极易团聚等问题，限制了纳米铝粉的应用；为了解决这些问题，研究者们在制备方法，材料组成等方面都进行了一系列研究。其中含氟铝燃料氧化的能量密度比铝氧燃料氧化的能量密度高，是推进剂、炸药和火工品中的高能添加剂。富含氟的聚合物有很多，例如聚四氟乙烯（PTFE），聚偏二氟乙烯（PVDF），Viton，THV等。虽然PTFE的氟含量(76wt.%)最高，但它不溶于任何已知的溶剂，因此限制了它的实际应用，而PVDF虽然氟含量（54.9 wt.%）较低，但是它能在一些极性溶剂中溶解，并且低熔点，这些都奠定了它在纳米铝热剂中的应用前景。PVDF在制备过程中充当粘合剂的作用，将Al均匀的封装在一个微球中；而在能量释放过程中，PVDF又作为氧化剂与Al进行反应。

制备纳米铝热剂的方法有很多，如超声物理混合法（制备的样品容易团聚，且分散不均匀）、溶胶-凝胶法（生产周期长，操作复杂且会引入杂质）、自组装（制备过程复杂，成本高产率低）等。这些方法都有一些缺陷，而静电喷雾法的理论目前较为完善，是一种简便的制备及组装纳米颗粒的方法，利用静电场力将熔融液体或者液体溶液分散、破碎成微小液滴。通常情况下，较高的电压通过较细的玻璃或金属管加载到管内的液体上。适当条件下，液体会流出管端并形成泰勒椎（Taylor cone），尾端形成射流状细线并发生雾化，而液滴则从细线尾端被逐滴快速释放，如图1所示。电喷雾产生的液滴具有很高的电荷，可以防止其凝固，并促进其自分散。液滴尺寸非常小，在特殊情况下，可以下降到纳米级，可以通过调控电喷的液体流动速度、电压、针头内径、基体之间的距离、前驱液的导电性等参数来调整喷雾模式，制备出单分散的、大小均一的、颗粒的大小和形状可调的固体颗粒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Al/PVDF微球的制备方法，基于静电喷雾法一步制备纳米铝热剂微球。

实现本发明目的的技术解决方案如下：

一种基于静电喷雾原理的Al/PVDF微球的制备方法，所述方法基于静电喷雾原理，采用纳米铝粉和PVDF粉末为原材料，纳米铝粉PVDF前驱液在高压电场的作用下，在一定推进速度下喷射沉积到基底上。具体步骤如下：

步骤（1）：先将PVDF粉末加入DMF和丙酮的混合溶剂中，搅拌、超声至充分溶解，得到PVDF溶液；

步骤（2）：将纳米铝粉加入步骤（1）所得溶液中，超声搅拌得到混合粉末前驱液；

步骤（3）：以步骤（2）所得前驱液作为静电喷雾液，采用静电喷雾工艺得到Al/PVDF微球粉末。

较佳的，步骤（1）中，DMF和丙酮的体积比是1:4。

较佳的，步骤（1）中，搅拌速率为650-800 rpm，搅拌时间为2-5 min。

较佳的，步骤（2）中，超声搅拌具体步骤为：放置在磁力搅拌器上以650-800 rpm的搅速搅拌5-10 min初步分散纳米铝粉，然后超声0.5-1 h打破颗粒间团聚，而后再放置到磁力搅拌器上以相同速度搅拌20-24 h。

较佳的，步骤（2）中，PVDF粉末在混合粉末（PVDF粉末+纳米铝粉）总质量中的占比是1wt.%~20wt.%。