【摘 要】
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闪光点火是指利用普通闪光灯(如手机/相机的闪光灯)低能量密度的光辐射实现被光照射靶材料的快速点火燃烧。相比较于传统的点火方式,闪光点火具有快速便捷、高效灵活、可以分布式多点点火,以及适合恶劣极端工况下稳定点火的优势,对于国家安全领域亟需发展的快点火/微点火器件的研制具有重要意义。核心科学问题是如何通过材料体系的设计和制备,大幅度提升材料对入射光能量的吸收,实现更低能量下的闪光点火。本论文自主设计搭
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闪光点火是指利用普通闪光灯(如手机/相机的闪光灯)低能量密度的光辐射实现被光照射靶材料的快速点火燃烧。相比较于传统的点火方式,闪光点火具有快速便捷、高效灵活、可以分布式多点点火,以及适合恶劣极端工况下稳定点火的优势,对于国家安全领域亟需发展的快点火/微点火器件的研制具有重要意义。核心科学问题是如何通过材料体系的设计和制备,大幅度提升材料对入射光能量的吸收,实现更低能量下的闪光点火。本论文自主设计搭建了含能复合材料闪光点火燃烧的试验与在线测试系统,建立了完整的点火燃烧图像时间分辨观测系统和点火能量测试系统。开展了碳/铝纳米复合含能材料的闪光点火实验,利用高速摄影技术、点火能量测试、TG-DSC、XRD、SEM等方法分析了点火过程,研究了不同材料组分、不同复合方式下含能材料体系的燃烧规律和特性,并根据闪光点火前后含能材料微观结构的变化探索了闪光点火的机理。首先,采用机械混合法制备了金属铝颗粒复合碳纳米管(Al/CNTs)的纳米复合材料,系统研究了该体系材料的点火燃烧图像和规律。结果表明,随着CNTs含量的增加,Al/CNTs复合材料的最小点火能先降低后升高,其中Al/CNTs-5所需的点火能最小,为0.374 J/cm2。Al/CNTs复合含能材料分散性良好,其主要燃烧产物为Al2O3、Al4C3和Fe2O3。热分析(DSC)结果显示,Al/CNTs复合材料体系总的放热量随CNTs含量的增加而增大。其次,采用真空抽滤法制备了氧化石墨烯薄膜负载纳米铝颗粒(Al/GO)的二维点火薄膜材料,系统研究了该体系材料的点火燃烧图像和规律。结果表明,Al/GO复合薄膜燃烧速度较纯GO更快,反应更剧烈,燃烧持续时间缩短至47.3 ms。最后,采用直接涂覆法制备了Al/GO膜负载纳米铝和氧化铜颗粒(Al/Cu O/GO)的纳米复合含能材料,研究了该含能体系的点火燃烧图像和规律。结果表明,纳米铝热剂Al/Cu O能够促进整个材料体系的燃烧,Al/Cu O/GO复合含能薄膜在相同的闪光点火条件下,较Al/GO复合薄膜燃烧更加剧烈。
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