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本發(fā)明屬于含能材料，具體涉及一種al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、鋁粉具有燃燒熱值高、密度高和成本低等特點(diǎn)，常用作固體推進(jìn)劑的金屬燃燒劑；ap含氧量高，氧化性強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性好，受熱分解能夠全部轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的氣體產(chǎn)物。所以在固體推進(jìn)劑中，al粉作為還原劑常與氧化劑ap復(fù)合制備al/ap復(fù)合材料。但因其al粉表面存在一層致密的氧化膜，且燃燒過程中容易發(fā)生團(tuán)聚；金屬al粉存在燃燒效率低、點(diǎn)火延遲高以及凝聚易團(tuán)聚的問題會導(dǎo)致推進(jìn)劑燃燒性能下降。
2、研究人員已開展一系列研究工作，例如專利cn117843422a和cn115947640b，提出通過使用氟聚物對鋁粉進(jìn)行改性，以改善al粉的分散性和燃燒性能。此外，將改性al粉與ap復(fù)合，制備的復(fù)合含能材料能夠改善al粉與ap的接觸界面，進(jìn)而提高復(fù)合材料的安全性。
3、但現(xiàn)有技術(shù)存在仍一些問題，例如，混合不均勻：氧化劑和還原劑混合不均勻，使得兩者接觸面積小，無法充分發(fā)揮各自的性能，導(dǎo)致推進(jìn)劑的整體性能下降。改性效果有限：使用氟聚物對鋁粉進(jìn)行改性，但這種改性方法可能無法完全解決鋁粉的氧化膜問題和團(tuán)聚現(xiàn)象，對燃燒性能的提升效果有限。界面改善不足：盡管復(fù)合含能材料能夠改善鋁粉與氧化劑的接觸界面，但現(xiàn)有技術(shù)可能仍無法實現(xiàn)理想的界面接觸和反應(yīng)，需要進(jìn)一步優(yōu)化復(fù)合工藝和材料性能。復(fù)合工藝復(fù)雜：將改性鋁粉與氧化劑復(fù)合的工藝可能較為復(fù)雜，需要精確控制各種參數(shù)，操作難度較大，且成本較高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、發(fā)明目的：本發(fā)明針對al粉易團(tuán)聚且al粉和ap混合不均勻的問題，提供一種al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料及其制備方法。
2、技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料，所述al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料為以al/多肽為核心、ap為外殼的核殼結(jié)構(gòu)；所述生物復(fù)合含能材料粒徑為5μm-300μm；其含量按質(zhì)量百分比為：鋁粉為20％～45％，多肽為0～5％，ap為50％～75％，且多肽含量不為0％。
3、優(yōu)選的，所述多肽為長鏈多肽，并包含羥基、羧基、硝基等官能團(tuán)。
4、本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)，多肽含有豐富的官能團(tuán)，能夠與al粉表面形成多種化學(xué)鍵，從而顯著增強(qiáng)多肽與al粉之間的結(jié)合力。這種強(qiáng)結(jié)合力使得復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，al粉不易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，在復(fù)合材料中均勻分布。經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，多肽中的羧基可以與al粉表面的鋁離子形成靜電相互作用，這種靜電吸引作用進(jìn)一步增強(qiáng)了多肽與al粉之間的結(jié)合。同時能夠與ap形成較強(qiáng)的氫鍵。氫鍵作為一種較強(qiáng)的分子間作用力，可以有效增強(qiáng)多肽與ap之間的相互作用，從而進(jìn)一步提高復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
5、由于多肽與al粉和ap之間的結(jié)合更加緊密，這種強(qiáng)相互作用在固體推進(jìn)劑中具有顯著的力學(xué)和熱學(xué)優(yōu)勢。首先，多肽與al粉和ap之間的強(qiáng)相互作用能夠更好地分散應(yīng)力。當(dāng)推進(jìn)劑受到外力作用時，這些相互作用可以有效分散應(yīng)力，防止材料的斷裂和變形，從而顯著提高推進(jìn)劑的力學(xué)性能。其次，在高溫條件下，這些相互作用能夠抵抗熱運(yùn)動對材料結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高推進(jìn)劑的熱穩(wěn)定性。
6、此外，al粉作為固體推進(jìn)劑中的重要金屬燃料，其燃燒熱值較高、價格低廉、來源豐富、燃燒效率高。通過多肽與al粉的緊密結(jié)合，可以進(jìn)一步提高al粉的燃燒效率，從而提高推進(jìn)劑的特征速度和發(fā)動機(jī)比沖。同時，多肽與ap之間的強(qiáng)相互作用可以改善推進(jìn)劑的燃燒性能，減少燃燒過程中的不完全燃燒現(xiàn)象，提高推進(jìn)劑的能量利用率。
7、本發(fā)明還提供一種al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料，包括以下步驟：
8、步驟(1)，將al粉中加入有機(jī)溶劑，并置于恒溫水浴中，加入磁力攪拌子攪拌；再將多肽加入到上述溶液中，反應(yīng)結(jié)束；經(jīng)離心、洗滌、真空干燥后得到al/多肽復(fù)合粒子；
9、步驟(2)，將al/多肽復(fù)合粒子完全分散在低溫飽和ap溶液中，然后再向其中滴加高溫ap飽和溶液，滴加完畢后進(jìn)行陳化，過濾后干燥得到al/多肽/ap生物含能材料。
10、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述有機(jī)溶劑為環(huán)己烷、丙酮、甲苯、乙醇、乙醚、氫氟醚、或二氯甲烷中的一種。
11、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述al粉粒徑為10nm～200nm。
12、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述磁力攪拌轉(zhuǎn)速為100～2000rpm。
13、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述離心時間為3～10min，轉(zhuǎn)速為2000～5000rpm，洗滌有機(jī)溶劑為環(huán)己烷、丙酮、甲苯、乙醇、乙醚、氫氟醚或二氯甲烷中的一種。
14、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述低溫飽和ap溶液溫度為0～20℃，高溫飽和ap溶液溫度為60～100℃。
15、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述滴加速率為1～20ml/min，陳化養(yǎng)晶時間為1～12h。
16、本發(fā)明采用降溫結(jié)晶法，同時優(yōu)化反應(yīng)條件，從而控制al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料的粒徑和形貌。在制備過程中，控制al粉粒徑為10nm～200nm，可以確保其在多肽和ap中均勻分散，避免出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，改善材料的力學(xué)性能和穩(wěn)定性；如果al粉粒徑過大會導(dǎo)致復(fù)合材料中的al顆粒無法均勻分布，影響復(fù)合材料的整體性能；另外，選擇納米尺度的鋁粉使得多肽的組裝控制在納米維度，且較小的al粉粒徑有更大的比表面積，能夠提供更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)，從而提高復(fù)合材料的反應(yīng)性，增強(qiáng)復(fù)合材料的導(dǎo)電性、催化性能。
17、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有顯著的效果：
18、1、本發(fā)明的al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料中長鏈多肽分子具有豐富的官能團(tuán)，能夠與鋁粉通過化學(xué)鍵或氫鍵作用形成穩(wěn)定的結(jié)合，有效減少鋁粉的團(tuán)聚現(xiàn)象，促進(jìn)其在復(fù)合材料中的均勻分布，有助于提高推進(jìn)劑的燃燒效率和能量釋放，從而提升推進(jìn)劑的整體性能。多肽分子在含能材料表面形成的自組裝膜，能夠在納米尺度上實現(xiàn)al、多肽和ap的定向排列，確保金屬燃燒劑與氧化劑的均勻混合。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化顯著縮短了反應(yīng)擴(kuò)散距離，增強(qiáng)了推進(jìn)劑的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能和反應(yīng)活性，使其在高溫和高壓條件下仍能保持良好的工作狀態(tài)。
19、2、本發(fā)明的al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料制備方法中采用降溫結(jié)晶法并優(yōu)化反應(yīng)條件，能夠精確調(diào)控al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料的形貌、尺寸及功能性。此外，該方法操作簡便，反應(yīng)條件溫和，且結(jié)晶溶劑可多次循環(huán)利用，符合綠色環(huán)保理念，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
1.一種al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料，其特征在于，以al/多肽為核心、ap為外殼的核殼結(jié)構(gòu)；所述生物復(fù)合含能材料粒徑為5μm～300μm；其含量按質(zhì)量百分比為：鋁粉為20％～45％，多肽為0～5％，ap為50％～75％，且多肽含量不為0％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料，其特征在于，所述多肽為長鏈多肽，并包含羥基、羧基、硝基官能團(tuán)。
3.一種al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料的制備方法，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述有機(jī)溶劑為環(huán)己烷、丙酮、甲苯、乙醇、乙醚、氫氟醚、或二氯甲烷中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述al粉粒徑為10nm～200nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述磁力攪拌轉(zhuǎn)速為100～2000rpm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述離心時間為3～10min，轉(zhuǎn)速為2000～5000rpm，洗滌有機(jī)溶劑為環(huán)己烷、丙酮、甲苯、乙醇、乙醚、氫氟醚或二氯甲烷中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述低溫飽和ap溶液溫度為0～20℃，高溫飽和ap溶液溫度為60～100℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述滴加速率為1～20ml/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的al/多肽/ap生物復(fù)合含能材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，陳化養(yǎng)晶時間為1～12h。