GA／AN 纳米复合含能材料的制备与表征
第３８卷第２期
２０１５年０４月
火炸药学报
Chinese Journal of Ex p losives ﹠Pro p ellants
ＤＯＩ：１０．１４０７７／ｊ．
ｉｓｓｎ．１００７-７８１２．２０１５．０２．００３ＧＡ／ＡＮ纳米复合含能材料的制备与表征
兰元飞，罗运军
（北京理工大学材料学院，北京１０００８１）
摘 要：通过溶胶-凝胶法和超临界二氧化碳干燥法制备了石墨烯气凝胶／硝酸铵（ＧＡ／ＡＮ）纳米复合含能材料。采用元素分析（ＥＡ）、扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、Ｎ２吸附测试和Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）对ＧＡ／ＡＮ纳米复合含能材料的形貌和结构进行了表征，用ＴＧ和ＤＳＣ测试了其热分解性能。结果表明，在ＧＡ／ＡＮ纳米复合含能材料中，ＡＮ以纳米尺寸存在于石墨烯气凝胶中，平均粒径为７１ｎｍ，质量分数为９２．７１％。石墨烯对ＡＮ的热分解具有促进作用，与纯ＡＮ相比，ＧＡ／ＡＮ纳米复合含能材料的热分解温度提前３３．６８℃，表观分解热增加了５３２．７８Ｊ／ｇ。关键词：材料科学；ＧＡ／ＡＮ；硝酸铵；石墨烯气凝胶；纳米复合含能材料；溶胶-凝胶法；超临界二氧化碳干燥法中图分类号：ＴＪ５５；ＴＱ５６０ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７-７８１２（２０１５）０２-００１５-０４
Pre p aration and Characterization of Gra p hene Aero g el ／Ammonium Nitrate
Nano Com p osite Ener g etic Materials
ＬＡＮＹｕａｎ-ｆｅｉ，ＬＵＯＹｕｎ-ｊｕｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）Abstract ：Ｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅａｅｒｏｇｅｌ／ａｍｍｏｎｉｕｍｎｉｔｒａｔｅ（ＧＡ／ＡＮ）ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｔｈｅｓｏｌ-ｇｅｌｍｅｔｈｏｄａｎｄｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣＯ２ｄｒｙｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＧＡ／ＡＮｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｅｌｅｍｅｎｔａｌａｎａｌｙｓｉｓ（
ＥＡ），ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ），ｎｉｔｒｏｇｅｎｓｏｒｐｔｉｏｎｔｅｓｔｓａｎｄＸ-ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ）．ＴｈｅｔｈｅｒｍａｌｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙＴＧａｎｄＤＳＣ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＡＮｅｘｉｓｔｓｂｙｎａｎｏｓｉｚｅｉｎｔｈｅＧＡｗｉｔｈａｎａｖｅｒａｇｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｆ７１ｎｍ，ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｏｆ９２．７１％．ＧＡｅｘｈｉｂｉｔｓｔｈｅｐｒｏｍｏｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｉｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆＡＮ．ＣｏｍｐａｒｅｄｔｏｐｕｒｅＡＮ，ｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｐｅａｋｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆＧＡ／ＡＮｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｄｅｃｒｅａｓｅｓｂｙ３３．６８℃ａｎｄｔｈｅａｐｐａｒｅｎｔｈｅａｔｏｆｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ５３２．７８Ｊ／ｇ．
Ke y words ：ｍａｔｅｒｉａｌｓｃｉｅｎｃｅ；ＧＡ／ＡＮ；ａｍｍｏｎｉｕｍｎｉｔｒａｔｅ；ｇｒａｐｈｅｎｅａｅｒｏｇｅｌ；ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌ；
ｓｏｌ-ｇｅｌｍｅｔｈｏｄ；ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣＯ２ｄｒｙｉｎｇｍｅｔｈｏｄ
收稿日期：２０１４-０９-２６； 修回日期：
２０１５-０１-０４基金项目：基础产品创新计划火炸药科研专项（２０１４０９４６０３２）
作者简介：兰元飞（１９９０－）
，女，博士研究生，从事纳米复合含能材料的研究。通讯作者：罗运军（１９６４－）
，男，教授，博士生导师，从事含能材料及高分子材料的研究。引 言
硝酸铵（ＡＮ）是一种无机盐，由于其原料来源丰富、制造工艺简单、成本低廉、加工方便，在推进
剂领域中得到广泛应用［１-２］
。因其燃烧产物几乎全
部是气体产物，且对环境友好，是氧化剂高氯酸铵
的替代物之一［３-４］
。但是ＡＮ推进剂能量低、燃速低，在一定程度上限制了其应用，而ＡＮ的热分解行
为对推进剂的燃速有显著影响，如果能使ＡＮ的热分解温度提前，则能加速其热分解，从而提高推进剂的燃速。
石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状
晶格结构的碳质材料［
５-６］
，具有超大的理论比表面积［７］、优异的导热性能［８］和力学性能［９］
，已成为近年来的研究热点。李娜等［１０-１２］将石墨烯及其复合物
作为燃烧催化剂以物理共混的形式添加到含能材料中，
研究结果表明，石墨烯对含能材料的热分解具有催化作用。以石墨烯为基本结构单元的石墨烯气凝胶（ＧＡ）
是一种具有低密度和高比表面积的多孔性纳米材料［１３］。与石墨烯和含能材料物理共
混相比，将ＡＮ和ＧＡ复合后，石墨烯与含能材料可
以更好地相互接触，而且ＡＮ以纳米尺寸存在于
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