含能芯片的制備與表征.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)的不斷發(fā)展，其對能量的需求和功能的多樣性要求越來越高，納米復(fù)合含能材料具有高的能量密度、快的能量釋放速率、短的點火延遲時間等優(yōu)點，將納米復(fù)合含能材料與MEMS結(jié)合逐漸成為研究的趨勢。納米鋁熱劑屬于納米復(fù)合含能材料中的一類，由于其制備簡單、能量密度高、能量釋放速率快等優(yōu)點，近幾年已經(jīng)成為該領(lǐng)域關(guān)注的焦點。將納米鋁熱劑應(yīng)用于MEMS，制備工藝的兼容性是首先面臨且必須解決的問題。納米鋁熱劑的制備有物理混合、溶膠凝膠、氣相沉積、

2、自組裝、抑制反應(yīng)球磨法等多種方法，相比其他方法，溶膠凝膠法具有簡單、安全且能夠較好的控制組分的粒徑等特點。本文采用溶膠凝膠法首次將納米鋁熱劑裝填進硅微孔道(Si-Micro Channel Plate，Si-MCP)中從而形成含能芯片，由于鋁熱劑的制備、裝填過程與MEMS具有較好的兼容性，且Si-MCP的制作過程采用標(biāo)準(zhǔn)的微電子制作工藝，所以使得含能芯片運用于MEMS領(lǐng)域成為可能。具體步驟為:首先采用光輔助電化學(xué)方法制備Si-MCP，然

3、后通過溶膠凝膠法使得納米鋁熱劑Fe2O3/Al裝填進Si-MCP的微孔道中，進而形成含能芯片，并通過SEM、EDS、TG-DSC等手段對其形貌、組分和熱化學(xué)性能進行了測試表征。在此基礎(chǔ)之上，將有機含能材料RDX、HNS和苦味酸鉛通過溶膠凝膠法和負壓操作等工藝裝填進Si-MCP微孔道中以提高含能芯片的放熱量和產(chǎn)氣能力，通過SEM、TG-DSC等手段對其形貌和熱化學(xué)性能進行表征，研究結(jié)果表明:
　　 1)采用溶膠凝膠法制備了五種不同

4、摩爾比例的納米鋁熱劑Fe2O3/Al，SEM、TEM結(jié)果表明納米鋁粒子較為均勻的分布于體系當(dāng)中，通過TG-DSC對其放熱量測試后的結(jié)果顯示Fe2O3/Al最佳比例為1:3.2，放熱量為875.87Jg-1，熱分析后產(chǎn)物的XRD結(jié)果顯示單質(zhì)Fe的存在表明發(fā)生了鋁熱反應(yīng)。
　　 2)通過光輔助電化學(xué)方法制備了Si-MCP，SEM表明其結(jié)構(gòu)具有高度的一致性，孔外觀呈現(xiàn)為正方形，孔道呈直線有序排列、表面光滑且相互平行，孔道在4～5μm，

5、相鄰孔之間孔壁厚度約為0.5μm。
　　 3)Si-MCP含能芯片的SEM、EDS結(jié)果表明納米鋁熱劑已經(jīng)成功裝填進Si-MCP微孔道中，TG-DSC測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)其放熱峰開始于689.42℃，所放出的熱量114.42Jg-1，低于鋁熱劑的理論放熱量，分析其原因在于Si-MCP含能芯片中納米鋁熱劑裝填的量較少，即其所占的比重較低。RDX/Si-MCP含能芯片DSC結(jié)果表明放熱峰開始于634.42℃，放熱量為823.22Jg-1，較F