纳米多孔硅_镧系硝酸盐复合含能材料的构建与表征.pdf

中文摘要 摘 要 多孔硅因其大的比表面积及高化学活性等优点，被用于构建高含能密度的新 型复合含能材料，但多孔硅在制备方法及其复合含能材料爆炸性能的研究方面还 有所欠缺。论文以单面抛光，背面镀金，晶面方向100 ，电阻率2～4 Ω ·cm，厚 度325±25 μm 的n 型单晶硅为原材料，采用单槽恒流电化学阳极氧化法制备多孔 硅，开发新的电解液体系替代传统体系，构建多孔硅/镧系硝酸盐复合含能材料， 并比较其爆炸性能。主要研究内容如下： ①采用失重法及爆炸光谱比较了四种溶剂制备出的多孔硅及其复合含能材料 的性能，发现DMAC 体系制备的多孔硅的孔隙率最高可达45% ，最大膜厚可达285 μm，且在相同的制备条件下，该体系制备的含能材料爆炸性能最强。通过单因素 实验研究了多孔硅的表面形貌、膜厚、孔隙率及其含能材料的爆炸性能随阳极氧 化条件的变化趋势。 ②通过正交实验比较六种多孔硅/镧系硝酸盐复合含能材料爆炸性能的强弱，并 确定最优制备条件。实验结果表明：多孔硅/硝酸镧复合材料的爆炸性能最弱，多 孔硅/硝酸钐复合材料的爆炸性能最强；六种含能材料爆炸性能最强时，多孔硅的 最优制备条件为：电流密度 50 mA/cm2 ，氧化时间 35 min ，电解液配比 V(HF):V(DMAC)=4:1 、5:1 。 ③考察了六种复合含能材料爆炸性能最强时多孔硅的理化性质，主要结果如下： 当V(HF):V(DMAC)=4:1 时，多孔硅的平均膜厚及孔隙率分别为153.4 μm、37.70%， V(HF):V(DMAC)=5:1 时，多孔硅的平均膜厚及孔隙率分别为157.5 μm、35.03%； 各复合材料氧化剂的负载摩尔比分别为0.0142、0.0160、0.0165、0.0175、0.0192、 0.0169 。 ④分析了六种复合含能材料在最优制备条件下的爆炸性能，实验结果与正交实 验结论一致。其中，多孔硅/硝酸钐复合材料的爆炸色温为2506 K，其爆炸过程剧 烈且迅速，放热量高达983.44 J/g 。 关键词：多孔硅；镧系硝酸盐；含能材料；爆炸性能 I 英文摘要 Abstract Porous silicon has been used to construct new composite energetic materials with high energy density due to its large specific surface area and high chemical activity. However, there are still some deficiencies in the research of preparation methods and explosive properties of porous silicon composite energetic materials. In this paper, N-type monocrystalline silicon of single-sided polished, back-plated gold, crystal orientation 100, resistivity 2~4 Ω ·cm and thickness 325±25 μm were used as raw material, and porous silicon were prepared by single-cell constant current electrochemi- cal anodization. A new electrolyte system was developed to replace the traditional system. Porous