CuO/Al纳米线铝热薄膜的制备表征及界面层调控性能研究

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纳米铝热薄膜的点火温度、反应性能、燃烧性能和热稳定性等都可以通过改变单层膜的厚度、控制组分间的接触程度和添加界面层来达到精确的调控。为研究界面层对纳米铝热薄膜反应性能和燃烧性能的影响,本文首先采用电化学阳极氧化与磁控溅射相结合的方法制备CuO/Al纳米线铝热薄膜,通过改变镀铝的厚度来获得最佳配比。然后分别采用磁控溅射法和化学浴沉积法在CuO纳米线表面制备了Ni和NiO,不同厚度的Ni和NiO可以通过改变工艺参数制备,最后以磁控溅射法镀铝得到具有中间界面层的CuO@Ni/Al和CuO@NiO/Al纳米线铝热薄膜。通过热分析和燃烧性能测试发现,Al:CuO的最佳配比为1.39,此时CuO/Al纳米线铝热薄膜的放热量为2811.7J/g,反应活化能为252.15 k J/mol,最大燃烧压力达到4.02MPa。Ni和NiO界面层对CuO/Al纳米线铝热薄膜的反应热性能和燃烧性能有不同的影响。CuO@Ni/Al体系的放热量和最大燃烧压力随着Ni厚度的增加均逐渐下降,当Ni界面层的厚度为17nm时,CuO/Al体系的放热量降低了29.6%,反应活化能降低了36.7%,最大燃烧压力降低了42.3%。在CuO@Ni/Al体系中,Ni/Al首先在界面处发生反应形成合金层,这些合金层对铝热反应中的氧原子扩散起阻碍作用,Ni作为惰性材料还会吸收铝热反应中释放的热量,弱化了热传导作用。随着NiO厚度的增加,CuO@NiO/Al体系的放热量和最大燃烧压力出现先增加后减小的趋势,25nm厚的NiO界面层使CuO/Al体系的放热量增加了7.5%,反应活化能降低了36.2%,最大燃烧压力增加了23.9%。不同于Ni界面层,CuO@NiO/Al体系中的NiO作为界面层参与了铝热发应,对CuO与Al的反应起诱导作用,引发CuO/Al更加倾向于在固-固相发生反应。
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