【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及含能材料领域，进一步地说，是涉及一种核壳结构纳米铜包覆微米铝的制备方法及应用。
技术介绍
1、铝粉是固体火箭推进剂、铝热剂和火炸药等含能材料中应用最为广泛的金属粉体之一。铝粉的加入能够有效提升推进剂的燃烧效率和总能量输出，使其成为提高推进剂性能的核心组成部分。但铝粉作为活泼金属，极易团聚并与空气中的氧气和水反应生成钝化层（al2o3），阻碍其在体系中的分散和均化，降低铝基固体推进剂的燃速和能量密度。
2、为解决这一问题，研究人员采用表面包覆改性技术对铝粉进行处理。过渡金属具有良好的分散性和反应活性，应用于固体推进剂中，可有效调节复合推进剂的分解温度和燃烧压力指数。其中，铜包覆层不仅能够防止铝粉的表面氧化，还对高氯酸铵（ap）的燃烧分解具有良好的催化效果，有效改善单一铝粉对ap的催化能力。
3、目前，铜包覆改性铝粉的方法较多，主要有电镀法、化学镀法、溶胶-凝胶法和机械合金法等。然而，这些方法普遍存在工艺复杂、成本高且产率低等缺点。相比之下，置换还原法能进一步优化工艺流程。例如：程志鹏等发表的“置换法制备核壳结构cu/al复合粒子”，以明胶为保护剂、氟离子为络合剂，实现铜在铝粉表面的快速沉积；然而，此方法仍需添加保护剂和铝离子络合剂，增加了操作的复杂性和制备成本。专利cn108687359a公开了一种纳米铜包覆铝复合材料的制备方法，采用双络合剂柠檬酸三钠和氟化铵制备出复合粒子，虽然该方法能够制备出纳米级别的铜包覆铝粉，但该制备过程繁琐，需要多步操作，而且使用柠檬酸三钠和氟化铵作为铜和铝离子络合剂
技术实现思路
1、解决的技术问题：采用置换还原法进行铜包覆改性铝粉过程中，为了获得铜包覆铝复合粒子，需要加入还原剂、保护剂或络合剂。
2、本专利技术在不加入还原剂、络合剂和保护剂的情况下，在碱性溶液中，利用铝自身的还原性将铜离子还原为纳米铜，并使纳米铜均匀包覆在微米铝粉表面，制备出具有核壳结构的纳米铜包覆微米铝。
3、本专利技术的目的之一在于提供一种核壳结构纳米铜包覆微米铝的制备方法。
4、所述制备方法包括：悬浊液a与悬浊液b混合后于35-75℃搅拌均匀，加入氢氧化钠反应3-4h；
5、所述悬浊液a为乙酰丙酮铜的有机悬浊液；
6、所述悬浊液b为微米铝粉的有机悬浊液。
7、加入氢氧化钠后反应体系的ph为10~11，碱性环境剥夺铝粉表面的al2o3薄膜，使活泼的铝粉裸露出来，利用铝粉本身的还原性，进行铜离子溶液与金属铝之间的置换反应。
8、所述悬浊液a所用有机溶剂为无水乙醇、乙二醇、丙酮中的一种以上，优选为无水乙醇。
9、所述悬浊液b所用有机溶剂为无水乙醇、乙二醇、丙酮中的一种以上，优选为无水乙醇。
10、所述乙酰丙酮铜与所述微米铝粉的质量比为1：0.3-0.6，优选为1:0.31-0.55，更优选为1：0.31。
11、所述氢氧化钠与所述微米铝粉的质量比为1：0.7-1.3，优选为1：0.71-1.28。所述氢氧化钠相对于所述微米铝粉的用量变化，会影响产物的形貌，进而影响产物的活性。氢氧化钠用量过低，会导致微米铝粉表面的氧化铝去除的不完全，进而导致产物的形貌不理想；同时，微米铝粉表面的残留的氧化铝也会阻碍进一步的反应，影响反应速率和产物的均匀性。氢氧化钠用量过高，虽然可以完全去除氧化铝薄膜，但是过量的氢氧化钠会对铝粉造成过度腐蚀，会降低铝粉的反应活性，还会导致产物的质量损失，最终会导致产物的氧化放热量降低。作为优选方案，所述氢氧化钠与所述微米铝粉的质量比为1:0.8。
12、反应体系中，加入的有机溶剂过多会导致氢氧化钠浓度降低，无法完全去除铝粉表面的氧化铝薄膜，导致反应进行的不完全。因此，作为优选方案，所述悬浊液a中，有机溶剂与乙酰丙酮铜的质量比为1：0.05-0.3，优选为0.09-0.26；所述悬浊液b中，有机溶剂与微米铝粉质量比为1：0.04-0.1，优选为1：0.04-0.08。
13、上述制备方法中，一次性加入氢氧化钠会使反应速率过快，迅速且大量生成单质铜，使得单质铜无法及时均匀地包覆在铝粉表面而发生自团聚现象；氢氧化钠分两次加入，则可以使还原反应更为缓慢，使得生成的铜能够均匀地在铝粉表面形成包覆层，减少团聚现象的发生。因此，作为优选方案，所述氢氧化钠分两次加入。
14、当所述氢氧化钠分两次加入时，第一次加入较大量的氢氧化钠能够在反应初期提供较高的碱性环境，使铝粉表面的氧化膜脱除，铝铜置换反应开始进行。第二次加入较少量的氢氧化钠可以平缓反应速率，使被还原的单质铜缓慢沉积在铝粉表面，增强包覆层的均匀性、致密性，减少纳米铜颗粒的团聚现象。因此，作为优选方案，第一次加入的氢氧化钠的量占氢氧化钠总量的3/8-3/4，例如3/8、1/2、3/4；更优选3/4。
15、第一次加入氢氧化钠后反应1-1.5h；第二次加入氢氧化钠后反应2-2.5h。
16、所述制备方法，其中一种方案包括以下步骤：
17、（s1）将乙酰丙酮铜分散至无水乙醇中，得到悬浊液a；
18、（s2）将微米铝粉分散至无水乙醇中，得到悬浊液b；
19、（s3）悬浊液a与悬浊液b混合后于35-75℃搅拌均匀，形成悬浊液c；
20、（s4）维持35-75℃，将氢氧化钠分两次加入悬浊液c，第一次加入氢氧化钠后搅拌反应1-1.5h，第二次加入氢氧化钠后搅拌反应2-2.5h，形成悬浊液d；
21、（s5）将悬浊液d离心，醇洗，烘干，得到所述核壳结构纳米铜包覆微米铝；烘干温度优选为65-80℃。
22、本专利技术的目的之二在于提供一种专利技术目的之一所述制备方法制备的核壳结构纳米铜包覆微米铝。
23、所述核壳结构纳米铜包覆微米铝微粒的核为微米铝、壳为纳米铜包覆层，纳米铜包覆层的厚度约为0.3-0.5 μm。
24、所述核壳结构纳米铜包覆微米铝的比表面面积可达28.83m2/g。
25、所述核壳结构纳米铜包覆微米铝微粒粒径为0.02-3.24 μm，粒度分布为1.6-2.8 μm。
26、所述核壳结构纳米铜包覆微米铝微粒呈球形，球形率为95%以上。
27、与微米铝粉相比，所述核壳结构纳米铜包覆微米铝的活性铝含量提高了7%-22%。所述活性铝含量指的是复合材料可以被氧化的铝的百分含量。本专利技术中，活性铝含量通过热重分析法进行计算得到。
28、所述核壳结构纳米铜包覆微米铝的放热量可以高达16.72kj/g；与微米铝粉相比，所述核壳本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种核壳结构纳米铜包覆微米铝的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：悬浊液A与悬浊液B混合后于35-75℃搅拌均匀，加入氢氧化钠反应3-4h；所述氢氧化钠分两次加入；第一次加入的氢氧化钠的量占氢氧化钠总量的3/8-3/4；
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
8.一种如权利要求1-7任意一项所述制备方法制备的核壳结构纳米铜包覆微米铝。
9.如权利要求8所述的核壳结构纳米铜包覆微米铝，其特征在于，所述核壳结构纳米铜包覆微米铝微粒的核为微米铝、壳为纳米铜包覆层；
10.一种如权利要求1-7任意一项所述制备方法制备的核壳结构纳米铜包覆微米铝或权利要求8或9所述的核壳结构纳米铜包覆微米铝在固体火箭推进剂、航天和军工领域的应用。
【技术特征摘要】
1.一种核壳结构纳米铜包覆微米铝的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：悬浊液a与悬浊液b混合后于35-75℃搅拌均匀，加入氢氧化钠反应3-4h；所述氢氧化钠分两次加入；第一次加入的氢氧化钠的量占氢氧化钠总量的3/8-3/4；
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
6.如权利要求1...
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