一种复合rGO与铜纳米线制备低感度叠氮化铜的方法技术

本发明专利技术公开了一种复合rGO与铜纳米线制备低感度叠氮化铜的方法，首先利用液相还原法，制备铜纳米线，将氧化石墨烯在合成铜纳米线的过程中加入，利用水热法，以儿茶酸为还原剂，将制得的铜纳米线/还原氧化石墨烯复合材料制备成电泳液，以石墨为阳极，以硅片为阴极，进行电泳沉积实验，沉积在硅片表面，再进行叠氮化，制得复合rGO与铜纳米线制备低感度叠氮化铜。本发明专利技术的制备方法可以有效降低外力对反应产物的影响，提高安全与可靠性。以叠氮化钠和硝酸为反应物，采用的装置简单，叠氮化效率更高。利用碳材料减少静电电荷在复合材料上的积累，从而达到降低叠氮化铜静电感度的目的，同时不影响其优异的起爆性能。

A method of preparing low sensitivity copper azide with composite RGO and copper nanowires

【技术实现步骤摘要】
一种复合rGO与铜纳米线制备低感度叠氮化铜的方法
本专利技术涉及微纳米含能材料制备领域，特别是一种复合rGO与铜纳米线制备低感度叠氮化铜的方法。
技术介绍
叠氮化铜是一种极其敏感的起爆药，起爆泰安所需的极限药量为0.4mg，是叠氮化铅的六分之一，可以极大的减少装药量，能够提高武器安全性，降低输入能量，满足微小型火工品的需求。另外，铜离子属于环境友好型材料，相对于铅离子等其他重金属离子，可以减少有害物质的生成，对环境起到保护作用。但是叠氮化铜由于极高的敏感性，曾经是一种严格禁用的起爆药。因此，如何降低叠氮化铜的感度，以及在装药密度、强度、感度控制、能量密度控制等方面进行进一步的优化和提高，是需要亟待解决的问题。2007年，Jason等人制备出纳米或微米级孔隙率，并且具有高度一致性的叠氮化铜起爆药层，能与MEMS工艺相兼容。2014年，叶迎华，李娜等人公开了一种用于合成叠氮化铜的方法及装置。以期解决叠氮化铜合成时危险性高的问题，为新型绿色起爆药的制备提供新工艺和新技术。2015年，中国兵器工业第二一三所王燕兰等人，采用了原位反应法，将叠氮化铜填充在碳纳米管阵列当中，采用电化学沉积法在碳纳米管壁内填充纳米金属铜，再利用气-固原位反应，获得填充有叠氮化铜的碳纳米管阵列。2016年，Wang等人将金属有机骨架(Metal-OrganicFramework,MOF)材料经过高温碳化得到的碳骨架均匀包覆铜的多孔碳复合材料，并通过铜和叠氮化氢气体的叠氮化反应原位制备叠氮化铜，得到碳骨架均匀包覆叠氮化铜的多孔碳复合含能材料，并将其作为起爆药测试其含能特性。该复合含能材料实现了稳定的静电感度，良好的火焰感度，高填充密度，高的反应热和优异的起爆性能，它优异的性能超越了大多数起爆药。这种制备方法简单、经济可行并具有可扩展性，而且可以避免在物理混合和其他步骤中发生意外爆炸的危险。结果表明该材料可以基本满足在军事和民用爆破技术中的实际应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种复合rGO与铜纳米线制备低感度叠氮化铜的方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种复合rGO与铜纳米线制备低感度叠氮化铜的方法，在合成铜纳米线的过程中加入氧化石墨烯，利用水热法，以儿茶酸为还原剂，在氧化石墨烯被还原的同时将铜离子还原成铜纳米线，制备由还原氧化石墨烯修饰的铜纳米线，利用电化学沉积的方法将制备得到的复合材料沉积在导电基底上，通过气-固相叠氮化反应，制备出叠氮化铜/rGO复合含能材料。进一步的，叠氮化铜/rGO复合含能材料中，rGO的质量含量为10％-30％。具体包括如下步骤：步骤1：配制NaOH溶液、Cu(NO3)2溶液，将氧化石墨烯超声分散在水中，将Cu(NO3)2溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，使用磁力搅拌，使溶液由浅蓝色变为浅棕色；加入EDA，继续搅拌至溶液变为紫色；步骤2：将混合溶液加入到装有NaOH的三口烧瓶中，继续搅拌至溶液变为蓝色，水浴加热；步骤3：向反应溶液中加入儿茶素水合物，超声，溶液由蓝色变为深灰色，将三口烧瓶水浴加热；步骤4：反应结束后，将产物进行离心分离，然后重复用无水乙醇进行洗涤，将所得的铜纳米线/rGO储存在无水乙醇中备用；步骤5：在乙醇和丙酮混合溶液加入硝酸铝，分散成均匀溶液，加入步骤4中制得的铜纳米线/rGO复合材料，超声分散并静置，取上层清液，得到稳定分散的电泳液；步骤6：将硅基底作为阴极，石墨板作为阳极，加入步骤5中的电泳液，施进行电泳沉积，取出硅基底并烘干，在硅基底形成致密且均匀的薄膜；步骤7：将叠氮化钠水溶液加入硝酸形成叠氮化氢气体，与步骤6在硅基底上沉积的铜纳米线/rGO复合材料发生气-固相叠氮化反应，制得叠氮化铜/rGO复合含能材料。进一步的，NaOH溶液浓度为10-20mol/mL，Cu(NO3)2溶液浓度为0.05-0.2mol/mL，氧化石墨烯溶液浓度为3-6mol/mL。进一步的，Cu(NO3)2溶液与EDA体积比为2：1。进一步的，步骤3的反应条件为：水浴温度为70℃-90℃，反应时间为0.5h-2h，超声时间为10-30min，搅拌时间为10-30min。进一步的，步骤5中，乙醇与丙酮体积比为1：2，超声时间为20min-40min。进一步的，硅基底所用硅片尺寸为30mm×13mm×0.2mm。进一步的，步骤7中，的反应时长为48h-72h。本专利技术与现有技术相比，其优点在于：(1)通过复合rGO与铜纳米线并进行气-固相叠氮化反应，制备出叠氮化铜/rGO复合含能材料，rGO的加入大大降低了叠氮化铜的静电感度。(2)以叠氮化钠和稀硝酸为反应物，采用一种新的叠氮化反应装置，生成叠氮化氢气体，反应装置更加简易，操作方便，反应效率大幅提高。(3)在合成铜纳米线的过程中加入氧化石墨烯，利用水热法，以儿茶酸为还原剂，在氧化石墨烯被还原的同时将铜离子还原成铜纳米线，制备由还原氧化石墨烯修饰的铜纳米线，再将其电泳沉积，得到致密平整的复合材料薄膜，用于叠氮化，更加安全高效。附图说明图1是实施例1中铜纳米线/还原氧化石墨烯复合材料SEM图。图2是实施例1中叠氮化铜/还原氧化石墨烯复合含能材料SEM图。图3是实施例1中铜纳米线/还原氧化石墨烯复合材料TEM图。图4是实施例1中叠氮化铜/还原氧化石墨烯复合含能材料TEM图。图5是实施例1中铜纳米线/还原氧化石墨烯复合材料EDS图。图6是实施例2中还原氧化石墨烯与氧化石墨烯Raman图。图7是实施例3中叠氮化铜/还原氧化石墨烯复合含能材料热分析图。图8是实施例1中叠氮化铜/还原氧化石墨烯复合含能材料XRD图图9是实施例1中叠氮化实验装置示意图。图10是实施例1中叠氮化铜/rGO复合含能材料制备流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例做进一步说明如图10所示，在合成铜纳米线的过程中加入氧化石墨烯，利用水热法，以儿茶酸为还原剂，在氧化石墨烯被还原的同时将铜离子还原成铜纳米线，制备由还原氧化石墨烯修饰的铜纳米线，利用电化学沉积的方法将制备得到的复合材料沉积在导电基底上，通过气-固相叠氮化反应，制备出叠氮化铜/rGO复合含能材料。本专利技术采用如图10所示装置。在本专利技术一个优选实施例中，rGO的质量含量10％-30％，EDA体积为10～20mL，水浴温度为70摄氏度-90摄氏度，反应时间为1h-2h，儿茶素水合物质量为0.4-0.8g，叠氮化反应时间为48h-72h。实施例1配制300mL浓度为15mol/mL的NaOH溶液、30mL浓度为0.1mol/mL的Cu(NO3)2溶液、将氧化石墨烯超声分散在15mL水中，浓度为5mg/mL。将Cu(NO3)2溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，使用磁力搅拌30min，使溶液由浅蓝色变为浅棕色；加入EDA15mL，搅拌15min，至溶液变为紫色；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合rGO与铜纳米线制备低感度叠氮化铜的方法，其特征在于，在合成铜纳米线的过程中加入氧化石墨烯，利用水热法，以儿茶酸为还原剂，在氧化石墨烯被还原的同时将铜离子还原成铜纳米线，制备由还原氧化石墨烯修饰的铜纳米线，利用电化学沉积的方法将制备得到的复合材料沉积在导电基底上，通过气-固相叠氮化反应，制备出叠氮化铜/rGO复合含能材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合rGO与铜纳米线制备低感度叠氮化铜的方法，其特征在于，在合成铜纳米线的过程中加入氧化石墨烯，利用水热法，以儿茶酸为还原剂，在氧化石墨烯被还原的同时将铜离子还原成铜纳米线，制备由还原氧化石墨烯修饰的铜纳米线，利用电化学沉积的方法将制备得到的复合材料沉积在导电基底上，通过气-固相叠氮化反应，制备出叠氮化铜/rGO复合含能材料。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所得的叠氮化铜/rGO复合含能材料中，rGO的质量含量为10％-30％。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
步骤1：配制NaOH溶液、Cu(NO3)2溶液，将氧化石墨烯超声分散在水中，将Cu(NO3)2溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，使用磁力搅拌，使溶液由浅蓝色变为浅棕色；加入EDA，继续搅拌至溶液变为紫色；
步骤2：将混合溶液加入到装有NaOH的三口烧瓶中，继续搅拌至溶液变为蓝色，水浴加热；
步骤3：向反应溶液中加入儿茶素水合物，超声，溶液由蓝色变为深灰色，将三口烧瓶水浴加热；
步骤4：反应结束后，将产物进行离心分离，然后重复用无水乙醇进行洗涤，将所得的铜纳米线/rGO储存在无水乙醇中备用；
步骤5：在乙醇和丙酮混合溶液加入硝酸铝，分散成均匀溶液，加入步骤4中制得的铜纳米线/rGO复合材料，超声分散并静置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡艳，刘旭文，李婷婷，叶迎华，沈瑞琪，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32