论文题目: 纳米金属氧化物的微结构控制及其应用性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 朱俊武
导师: 汪信,陆路德,杨绪杰
关键词: 纳米金属氧化物,微结构,催化,高氯酸铵分解,燃烧性能
文献来源: 南京理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 制备微结构可控的纳米材料是当今材料科学研究的热点和难点之一,材料的性质不仅取决于材料的化学组成,也取决于材料各组分的凝聚态结构。火炸药的燃烧是火炸药技术的核心,使用少量的燃烧催化剂是调节火炸药尤其是固体推进剂燃烧性能的最佳途径。本论文主要研究不同微结构的纳米催化剂的制备并考察其微结构对火炸药性能的影响,为进一步开发综合性能优异的火炸药新品种奠定实验和理论基础。主要研究内容如下: 通过热分析法筛选出了对高氯酸铵（AP）有良好催化性能的纳米催化剂体系:CuO、Cu2O、LaCoO3。采用不同的反应体系和制备方法分别对三种催化剂进行了微结构控制研究。 采用水相和一元醇两种体系对纳米CuO进行了微结构控制研究。水相体系中利用快速沉淀法和水解法制备了不同形貌、粒径等微结构的纳米CuO。结果表明,在沉淀法中通过改变NaOH的加入温度和加入方式,可以得到分散性良好的球形、纺锤形以及针状纳米CuO;在水解法中通过添加少量的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）,可以得到分散性较好的针状纳米CuO,同时反应物的浓度对产物的粒径有着重要的影响。相比水解法,快速沉淀法制备的纳米CuO具有较高的比表面积,为113m2·g-1,紫外-可见吸收光谱呈现蓝移现象。在一元醇体系中,以Cu（OAc）2为反应原料,多种一元醇为溶剂制备了纳米CuO。并重点考察了在异丙醇体系中少量水的加入、反应条件等的改变对纳米CuO微结构的影响。结果表明少量水的加入使产物的形貌由球形变为棒状,加水的时间、加水的量以及沉淀剂的加入等都对产物的粒径和形貌有着较大的影响。在实验的基础上讨论了反应机理,提出了在不加水和加水条件下的反应历程。 利用乙二醇和水相两种体系制备了不同微结构的纳米Cu2O。在乙二醇体系中重点考察了稳定剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和少量水的加入对产物结构的影响。结果表明加入PVP后可以获得分散性良好的针状产物,加入少量水后产物由针状变为短棒状。稳定剂的种类、分子量、加入量,水的加入量,反应物的浓度等都对产物的微结构有着重要的影响。水相体系中铜源不同,产物的结构也不同。当以Cu（OH）2作为铜源时,通过改变NaOH溶液的加入量,可以分别得到长针形、多边形的纳米Cu2O。而以CuO为铜源时,用水合肼还原得到的为粒径较大但分布均匀的立方体Cu2O。体系中其它离子的存在导致产物的形貌和粒径发生变化。 采用硬脂酸法和共沉淀法对纳米LaCoO3进行了微结构控制研究。共沉淀法中改
论文目录:
1 绪论
1.1 纳米材料简介
1.1.1 纳米材料控制生长
1.1.2 纳米材料控制生长的研究现状
1.1.2.1 稳定剂
1.1.2.2 模板剂
1.1.2.3 其它
1.1.3 纳米材料的催化性能
1.2 火炸药简介
1.2.2 火炸药用途
1.2.3 火炸药的性能
1.2.4 燃烧催化剂
1.2.5 现代武器的发展对火炸药的要求
1.3 纳米催化剂在火炸药中的应用
1.4 高氯酸铵(AP)及其热分解
1.4.1 AP简介
1.4.2 AP的热分解
1.4.3 AP催化热分解研究现状
1.5 问题的提出及本文工作
2 纳米CuO的微结构控制制备研究
2.1 水相体系
2.1.1 快速沉淀法
2.1.1.1 实验
2.1.1.2 NaOH的加入温度对产物的影响
2.1.1.3 NaOH加入速度的影响
2.1.2 水解法
2.1.2.1 实验
2.1.2.2 结果讨论
2.1.3 水相体系中制备纳米CuO的性质
2.1.3.1 光学性质
2.1.3.2 比表面积
2.2 一元醇体系
2.2.1 醇种类的选择
2.2.1.1 实验部分：
2.2.1.2 醇的种类对产物的影响
2.2.1.3 反应温度对产物的影响
2.2.1.4 在体系中加水对产物的影响
2.2.2 异丙醇体系中纳米CuO的微结构控制
2.2.2.1 实验部分
2.2.2.2 加水对产物微结构的影响
2.2.2.3 反应温度对产物的影响
2.2.2.4 加水量对产物的影响
2.2.2.5 加水方式对产物的影响
2.2.2.6 沉淀剂的加入对产物的影响
2.2.2.7 稳定剂对产物的影响
2.2.2.8 加水温度的影响
2.2.3 产物的比表面积测定
2.2.4 中间产物的分析
2.2.5 反应机理初步研究
2.2.5.1 中间产物的生成过程
2.2.5.2 中间产物的分解反应
2.3 本章小结
3 纳米Cu_2O的微结构控制制备研究
3.1 多元醇(乙二醇)体系
3.1.1 实验
3.1.2 乙二醇为溶剂
3.1.3 体系中水的影响
3.1.4 乙二醇／水体系中纳米Cu_2O的微结构控制研究
3.1.4.1 稳定剂的影响
3.1.4.2 PVP量的影响
3.1.4.3 加水量的影响
3.1.4.4 铜源的影响
3.1.4.5 Cu(NO_3)_2浓度的影响
3.1.4.6 不同分子量的PVP的影响
3.1.4.7 升温速率的影响
3.2 水相体系
3.2.1 以Cu(OH)_2为铜源
3.2.1.1 实验部分
3.2.1.2 XRD分析
3.2.1.3 TEM分析
3.2.1.4 XPS分析
3.2.2 其它铜源为反应物
3.2.2.1 在铜盐水溶液中直接还原
3.2.2.2 以CuO为前驱物还原
3.2.2.3 非水溶剂中铜盐的直接还原
3.2.3 不同前驱物中还原成Cu_2O的比较
3.3 本章小结
4 纳米LaCoO_3等纳米复合氧化物的微结构控制研究
4.1 水相(共沉淀法)
4.1.1 纳米LaCoO_3的制备
4.1.2 结果与讨论
4.1.2.1 反应物浓度的影响
4.1.2.2 反应温度的影响
4.1.2.3 NaOH滴加方式的影响
4.1.2.4 焙烧温度的影响
4.1.2.5 稳定剂的影响
4.2 有机相(硬脂酸法)
4.2.1 纳米LaCoO_3的制备
4.2.2 结果与讨论
4.2.2.1 产物历程分析
4.2.2.2 焙烧温度的影响
4.2.2.3 掺杂离子的影响
4.2.2.4 稳定剂的影响
4.3 硬脂酸法与共沉淀法的比较
4.4 本章小结
5 不同微结构纳米晶对AP的催化性能研究
5.1 AP催化分解测定
5.2 不同一元金属氧化物对AP的催化作用
5.3 不同微结构的纳米CuO对AP热分解的催化作用
5.3.1 不同粒径的纳米CuO对AP热分解的催化作用
5.3.2 不同形貌的纳米CuO对AP热分解的催化作用
5.3.3 不同表面结构的纳米CuO对AP热分解的催化作用
5.3.4 掺杂纳米CuO对AP的催化作用
5.4 不同微结构的纳米Cu_2O对AP热分解的催化作用
5.4.1 不同形貌的纳米Cu_2O对AP热分解的催化作用
5.4.2 不同表面结构的纳米Cu_2O对AP热分解的催化作用
5.5 复合氧化物对AP热分解的催化作用
5.5.1 纳米复合氧化物对AP热分解的催化作用
5.5.2 不同微结构的纳米LaCoO_3对AP热分解的催化作用
5.5.2.1 不同制备方法所得的纳米LaCoO_3对AP热分解的催化作用
5.5.2.2 不同含量的纳米LaCoO_3对AP热分解的催化作用
5.6 纳米催化剂对AP热分解反应动力学的影响
5.6.1 实验方法
5.6.2 实验结果及讨论
5.7 催化机理初探
5.7.1 AP的热分解机理
5.7.2 纳米催化剂对AP的催化机理
5.8 本章小结
6 纳米催化剂对火炸药性能的影响
6.1 纳米催化剂对火炸药安全性能的影响
6.1.1 纳米催化剂对火炸药撞击感度的影响
6.1.1.1 实验仪器及试剂
6.1.1.2 试验步骤
6.1.1.3 试验数据处理
6.1.1.4 标准差计算
6.1.1.5 有效性评定及结果表述
6.1.1.6 结果与讨论
6.1.2 纳米催化剂对火炸药摩擦感度的影响
6.1.2.1 实验仪器及试剂
6.1.2.2 实验步骤
6.1.2.3 实验数据的处理
6.1.2.4 结果与讨论
6.1.3 纳米催化剂对火炸药热感度的影响
6.1.3.1 实验仪器及试剂
6.1.3.2 实验步骤
6.1.3.3 试验数据的处理
6.1.3.4 结果与讨论
6.2 纳米催化剂对火药燃烧性能的影响
6.2.1 样品制备与测试
6.2.2 结果分析
6.3 纳米催化剂对炸药爆炸性能的影响
6.3.1 实验方法
6.3.2 实验结果
6.4 本章小节
全文结论
致谢
参考文献
攻读博士期间发表的论文
发布时间: 2005-09-12
参考文献
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