石墨烯的固体推进剂燃烧法制备研究

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二维的石墨烯材料凭借其优异的机械、光、热、电、力学性能,加上超大的比表面积,使其在检测、催化、微电子、信息和能源等诸多领域都有广泛的应用。自2010年石墨烯的发现者获得诺贝尔奖以来,石墨烯的制备方法引起了物理、化学、材料、生物等领域的专家的关注。到目前为止,科学工作者依旧在探索一种大规模、高效率制备石墨烯的方法。基于这种需求,本论文结合燃烧法制备石墨烯的特点,引入双基推进剂作为原材料来提供充足的碳源,利用双基推进剂燃烧过程中产生的高温高压的条件来制备石墨烯材料,并研究了该石墨烯对高氯酸铵(AP)催化热解特性。论文的主要工作如下:(1)分析了制备石墨烯的必要条件,结合理论计算研究了双基推进剂燃烧产物及其变化规律,进而探讨了通过双基推进剂燃烧制备石墨烯的理论可行性。(2)选取碳化剂对双基推进剂进行处理,在燃烧装置中对双基推进剂进行燃烧,采用SEM、TEM、XRD、Raman、AFM、XPS等来表征固态燃烧产物的形貌和结构特征。结果表明,所制备的固态燃烧产物为纳米石墨烯片层。通过p-t曲线可以得知石墨烯的制备时间只需要0.09ms。(3)采用DSC法对比研究了所制备的石墨烯和市售石墨烯对AP催化热解特性,对所制备的石墨烯的热解催化动力学进行了分析。结果表明,当石墨烯添加比例为7%时,本论文制备的石墨烯的催化AP热分解过程的最大峰温是314.38℃,AP的两个热分解放热峰合并,最大放热峰温降低78.67℃,体现出较好的催化效果。市售石墨烯样品催化AP热分解过程的最大峰温是381.93℃,最大放热峰温降低11.12℃。以AP中的石墨烯添加比例7%的样品为例进行热分解动力学计算,活化能Eak为169.16KJ/mol,Eo为170.14KJ/mol,指前因子 Ak 为 6.62×1014 min1
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