单层/多层多孔硅的电化学制备及其爆炸性能研究

论文摘要

含能材料的最终研究目标是提高能量和减少污染,随着环境问题的日益严重,开展新型含能材料的研究具有巨大的现实和经济意义。多孔硅含能材料一出现就以其高爆炸特性和爆炸产物少污染等优点受到世界各国研究小组的广泛关注。多孔硅具有极高的孔隙率和很强的吸附性,在其孔隙内掺入高氯酸钠组分形成一种可发生爆炸反应的复合含能材料。论文以不同电阻率的n型单晶硅片为研究对象,采用电化学阳极氧化法制备单层/多层多孔硅,并以高氯酸钠为氧化剂制备多孔硅/高氯酸钠复合材料,研究各种因素对复合材料爆炸性能的影响,具体内容如下:（1）综述多孔硅基含能材料的研究现状,多孔硅材料制备方法、理化性质和应用领域的研究现状和发展方向;（2）采用电阻率为6.65208.3260Ω·cm的n型单晶硅片以直流电化学阳极氧化法制备单层多孔硅,采用电阻率为0.0080.020Ω·cm的n型单晶硅片以多电流阶跃电化学阳极氧化法制备多层多孔硅,并采用无机强酸和醇混合溶液的紫外光（UV）氧化法对多孔硅进行稳定化处理。（3）表征多孔硅的结构和理化性质,包括多孔硅孔隙率、膜厚及表面和剖面形貌等。多孔硅孔隙率随阳极氧化电流密度增加而增大,当电流密度达50mA·cm-2时趋于稳定,当氢氟酸浓度增加时多孔硅孔隙率反而减小,而阳极氧化时间延长时多孔硅孔隙率呈先增加后减小现象,且氧化时间为30min时孔隙率最大;多孔硅膜厚随时间增加而增大,其生长速度为2μm·min-1左右;当新鲜单层多孔硅形成后,其表面出现微裂缝,内部含大量长度为40μm,宽度为23μm硅柱;当大小两组阳极氧化电流密度和氧化时间交替变化时,就形成了孔隙率交替变化的多层膜结构,多层多孔硅每层膜厚为450μm。（4）以高氯酸钠为氧化剂制备单层及多层多孔硅/高氯酸钠复合材料,并研究电化学阳极氧化条件、高氯酸钠溶液浓度及贮存方法等因素对复合材料爆炸性能的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 多孔硅的国内外研究现状
• 1.1.1 多孔硅的制备方法与稳定化技术
• 1.1.2 多孔硅的形成机理
• 1.1.3 多孔硅的理化性质
• 1.1.4 多孔硅的研究现状分析
• 1.2 多孔硅基含能材料的研究现状
• 1.2.1 含能材料的发展历程
• 1.2.2 含能材料的研究现状
• 1.2.3 多孔硅基含能材料的研究现状
• 1.3 论文研究目的及主要内容
• 2 实验
• 2.1 仪器、材料与试剂
• 2.1.1 仪器
• 2.1.2 材料与试剂
• 2.2 多孔硅的电化学制备
• 2.2.1 制备流程
• 2.2.2 单层多孔硅的制备
• 2.2.3 多层多孔硅的制备
• 2.2.4 多孔硅的稳定化处理
• 2.3 多孔硅理化性质表征
• 2.3.1 多孔硅孔隙率及膜厚的测定
• 2.3.2 多孔硅的结构表征
• 2.3.3 多孔硅表面化学组成分析
• 2.4 多孔硅/高氯酸钠复合材料的制备及爆炸性能测试
• 2.4.1 多孔硅/高氯酸钠复合材料的制备
• 2.4.2 多孔硅/高氯酸钠复合材料的爆炸性能研究
• 3 结果与讨论
• 3.1 阳极氧化条件对多孔硅孔隙率及膜厚的影响
• 3.1.1 阳极氧化电流密度
• 3.1.2 阳极氧化时间
• 3.1.3 氢氟酸浓度
• 3.2 稳定化处理及制备条件对多孔硅形貌与结构的影响
• 3.2.1 稳定化处理前后单层多孔硅的表面及剖面形貌
• 3.2.2 多层多孔硅的剖面结构
• 3.3 多孔硅的表面化学组成
• 3.3.1 贮存方法对多孔硅表面化学组成的影响
• 3.3.2 稳定化处理前后多孔硅的表面组成变化
• 3.4 制备条件对单层及多层多孔硅/高氯酸钠复合材料爆炸性能的影响
• 3.4.1 多孔硅/高氯酸钠复合材料的爆炸现象
• 3.4.2 单层多孔硅/高氯酸钠复合材料的爆炸性能
• 3.4.3 多层多孔硅/高氯酸钠复合材料的爆炸性能
• 3.4.4 多孔硅/高氯酸钠复合材料爆炸光谱分析
• 3.4.5 多孔硅/高氯酸钠复合材料爆炸机理分析
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录