专利摘要

本发明公开了一种二维含能材料，其氧化剂组分与燃料组分中至少一种为类石墨烯二维材料，并已被制成二维纳米片。所述氧化剂组分为MoO3或MnO2，其含量为10％～90％，所述燃料组分为Al、Mg、B、Ti、Si或P中的一种，其含量为10％～90％。本发明使二维材料与纳米含能材料完美结合在一起，解决了纳米含能材料的分散性差，粒子易团聚，瞬时放热差问题，也拓展了二维纳米材料的应用。

权利要求

1.一种二维含能材料的制备方法，其特征在于，其氧化剂组分与燃料组分中至少一种为类石墨烯二维材料，并已被制成二维纳米片；

所述氧化剂组分为MoO3，其含量为10%~90%，所述燃料组分为Al、Mg、B、Ti、Si或P中的一种，其含量为10%~90%；

制备步骤如下：

S1、二维纳米片状组分的制备；

S2、二维含能材料的制备；

（1）第一种情况：氧化剂组分为二维纳米片状组分，但燃料组分非二维纳米片时，燃料组分采用纳米燃料；

A1、在真空手套箱中，称取一定量纳米燃料分散于溶剂中，然后将其与氧化剂组分的二维纳米片混合，所述手套箱中水含量小于1ppm，氧含量小于1ppm，且箱中充满氮气；

A2、将A1中混合好体系置于真空干燥箱中，流延成膜，160~180℃干燥24小时，即得到所述二维纳米含能材料；

（2）第二种情况：燃料组分为二维纳米片状组分，但氧化剂组分非二维纳米片时，氧化剂组分采用纳米氧化剂；

B1、在真空手套箱中，称取一定量纳米氧化剂分散于溶剂中，然后将其与燃料组分的二维纳米片混合，所述手套箱中水含量小于1ppm，氧含量小于1ppm，且箱中充满氮气；

B2、将B1中混合好体系，置于真空干燥箱中，流延成膜，160~180℃干燥24小时，即得到所述二维纳米含能材料；

（3）第三种情况：氧化剂组分和燃料组分均为二维纳米片状组分，

C1、在真空手套箱中，将二维纳米片状的氧化剂组分和燃料组分混合，所述手套箱中水含量小于1ppm，氧含量小于1ppm，且箱中充满氮气；

C2、将C1中混合好体系，置于真空干燥箱中，流延成膜，160~180℃干燥24小时，即得到所述二维纳米含能材料。

2.如权利要求1所述的一种二维含能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1采用液相剥离法，具体的，室温下，将一定量的氧化剂组分或燃料组分超声分散在溶剂中，超声搅拌0.5~2小时后将其置于大功率超声仪中剥离6~12小时；将完成剥离后的材料分散体系置于高速离心机中，在8000~12000r/s转速下离心提取，取上清液待用。

说明书

技术领域

本发明涉及新型复合含能材料领域，具体涉及一种二维含能材料及其制备方法。

背景技术

含能材料是指含有爆炸性基团或者由氧化剂和燃烧剂所构成、能够独立地进行化学反应燃烧或爆炸并输出能量的单质化合物或者混合物。其中，复合含能材料种类最多且威力巨大，受到广泛研究。当前复合含能材料研究者一直致力于发展含能材料的新配方，提高能量释放速率，从而提升复合含能材料的威力。在众多改善复合含能材料威力的方法中，细化组成复合含能材料的燃料组分和氧化剂组分颗粒尺寸是当前最重要的一种。细化到纳米尺度的所谓纳米复合含能材料表现出巨大的优势，如增加燃料组分和氧化剂组分的界面接触、减少扩散距离，提高传质和传热效率，进而使相应配方的反应速率、含能威力大大提升；也可以降低反应温度，从而使金属材料可以在较低的温度开始反应。纳米MoO3(三氧化钼)/纳米铝粉构成复合体系是一类重要的纳米复合含能材料，其理论热焓密度为4.6kJ/g，比Al/CuO体系高0.6kJ/g，是通用高能量密度含能铝热体系之一，为此当前有许多研究者投入新型MoO3/纳米Al体系纳米复合含能材料配方及制备方法的开发。有研究者利用纳米MoO3和纳米Al物理共混制备了纳米复合体系，报道说性能较微米混合体系放热量和反应速率大为提高；有研究者利用微米MoO3和纳米Al，经过球磨获得纳米复合含能体系，也改善了体系的放热量和反应速率；但是纳米颗粒直接共混存在团聚问题，对改善效果有副作用；而球磨混合容易导致温度上升而有加工危险。故有研究者利用溅射沉积方法制备了纳米Al和纳米MoO3的纳米层状复合含能体系，发现也可以改善体系的放热量和反应速率，并且一定程度可以控制直接共混存在团聚问题，回避研磨造成加工危险。但是沉积方法设备昂贵、加工条件要求苛刻且加工温度要严格控制，不能太高，这不利于实用化。因此，急需新的纳米Al/纳米MoO3复合含能体系或者新的加工方式来克服这些不足。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种二维含能材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种二维含能材料，其氧化剂组分与燃料组分中至少一种为类石墨烯二维材料，并且已经被制成二维纳米片。所述二维材料为一类其材料凝聚态结构微观为层状结构，层与层之间为范德华力，层内原子间为化学键力的材料。该材料具有纳米片层结构，厚度在一个或几个原子层厚度，最多不厚于10个原子层，宽度/厚度尺寸比>10倍以上，因此具有非常大的比表面积，非常有利于纳米燃料组分与纳米氧化剂组分的吸附和结合，也进一步增大纳米燃料组分与纳米氧化剂组分的接触，有利于两者直接反应，进而有利于放热和基于所述材料的爆炸威力提升；同时因为二维纳米材料来源于一些特殊层状材料，这些层状材料的层间结合是非键合力，故二维纳米片状化后，再重叠、团聚的概率要小于传统纳米粒子。故可以避免团聚。

所述氧化剂组分包括金属氧化物，最核心包括MoO3或MnO2，其含量为10％～90％，所述燃料组分的含量为10％～90％，包括金属或者非金属，最核心包括Al、Mg、B、Ti、Si、P等。

本发明还提供了上述一种二维含能材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、二维纳米片状组分的制备；

S2、二维含能材料的制备；

(1)第一种情况：氧化剂组分为二维纳米片状组分，但燃料组分非二维纳米片时，燃料组分采用纳米燃料；

A1、在真空手套箱中，称取一定量纳米燃料溶于溶剂中，然后将其与氧化剂组分二维纳米片混合，所述手套箱中水含量小于1ppm，氧含量小于1ppm，且箱中充满氮气；

A2、将A1中混合好体系置于真空干燥箱中，流延成膜，160～180℃干燥24小时，即得到所述二维纳米含能材料；

(2)第二种情况：燃料组分为二维纳米片状组分，但氧化剂组分非二维纳米片时，氧化剂组分采用纳米氧化剂；

B1、在真空手套箱中，称取一定量纳米氧化剂溶于溶剂中，然后将其与燃料组分二维纳米片混合，所述手套箱中水含量小于1ppm，氧含量小于1ppm，且箱中充满氮气；

B2、将B1中混合好体系，置于真空干燥箱中，流延成膜，160～180℃干燥24小时，即得到所述二维纳米含能材料；

(3)第三种情况：氧化剂组分和燃料组分均为二维纳米片状组分，

C1、在真空手套箱中，将氧化剂组分和燃料组分的二维纳米片混合，所述手套箱中水含量小于1ppm，氧含量小于1ppm，且箱中充满氮气；

C2、将C1中混合好体系，置于真空干燥箱中，流延成膜，160～180℃干燥24小时，即得到所述二维纳米含能材料。

进一步地，所述步骤S1采用液相剥离法，具体的，室温下，将一定量的氧化剂组分或燃料组分超声分散在某溶剂(氮-氮二甲基酰胺)中，超声搅拌0.5～2小时后将其置于大功率超声仪中剥离6～12小时；将完成剥离后的材料分散体系置于高速离心机中，在8000～12000r/s转速下，室温下离心提取20min，取上清液待用。

值得注意的是，所述步骤S1还可以采用激光刻蚀法，具体的，将一定量的氧化剂组分或燃料组分的块材放置在一定激光束下，激光照射一定时间和一定位置后，即可获得二维纳米片。

值得注意的是，所述步骤S1还可以采用微机械剥离法，具体的，使用透明胶带粘结氧化剂组分或燃料组分的块材，撕剥该胶带，此时，胶带上遗留的层状纳米片即为对应组分的二维纳米片。

值得注意的是，所述步骤S1采用化学插入辅助剥离块材法，具体的，首先将氧化剂组分或燃料组分进行氧化处理或者采用硫酸、锂电解液浸泡，然后采用液相剥离或微机械剥离法，即可获得对应组分的二维纳米片。

本发明具有以下有益效果：

1)该制备方法使二维材料与纳米含能材料完美结合在一起，解决了纳米含能材料的分散性差，粒子易团聚，瞬时放热差问题，也拓展了二维纳米材料的应用。

2)采用超声混合法制备方法简单，所需设备廉价，无需采用球磨机、磁控溅射等，设备利于大量制备且制备过程中无危害，也避免了纳米Al和纳米MoO3之间提前进行反应。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

室温下，取4g纳米MoO3超声分散在氮-氮二甲基酰胺(DMF)中，超声搅拌2小时后将其置于大功率超声仪中剥离12小时，然后将剥离好的2D MoO3置于高速离心机中12000r/s，室温下，离心提取20min，取上清液待用，通过计算上清液中含有MoO3质量600mg；

在真空手套箱中称取400mg纳米铝粉溶于氮-氮二甲基酰胺(DMF)中，将其与剥离好的2D MoO3上清液混合，所述手套箱中水含量小于1ppm，氧含量小于1ppm，且箱中充满氮气，然后将混合好的体系，置于真空干燥箱中，流延成膜，160～180℃干燥24小时，即得到二维纳米复合含能材料A。

将所得二维纳米复合含能材料A于20℃/min下进行热分析，获得其相应热焓值高于微米级别MoO3/微米Al混合体系，也优异于Michelle L.Pantoya报道的纳米铝与纳米MoO3混合体系的热焓值。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

一种二维含能材料及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。