光引发金属/氧化剂/碳纳米管新型复合材料体系燃爆特性与机理研究

光引发金属/氧化剂/碳纳米管复合体系燃爆特性及机理研究是光与含能材料相互作用的重要研究内容之一，对于在微/介观尺度深入理解光-材料的相互作用机制、动态反应历程、能量传输与转换规律及开发基于复合体系的新型点火材料，具有重要的科学价值与潜在的应用前景。本项目依据碳纳米管材料独特的结构特征与特殊的光、热、电传输性质，以获得高效的复合光点火材料体系与探索光-材料相互作用机理为研究目标，提出金属/氧化剂/碳纳米管新型光点火材料体系的设计思路，考察激光或闪光作用下，金属（钛、锆、铝、钴、铁等）/氧化剂/碳纳米管及其掺杂体系的点火与燃爆特性，从反应的光热效应和光化学效应出发，探讨各组分相互作用机理，寻求体系组成、碳管结构等与点火效能的内在关联，得到上述体系在激光或闪光作用下的动力学特征和反应规律，为新型点火体系的设计奠定坚实的实验与理论基础。

金属/氧化剂组合是一类重要的含能点火材料体系，研究并改善其光引发点火特性、发展新型复合材料体系具有重要的理论价值和实际应用前景。本课题依据碳纳米管（CNTs）独特的结构特征与光热特性，设计并制备了金属/氧化剂/碳纳米管新型复合点火材料体系，系统研究了该体系在普通闪光或激光作用下的点火与燃爆特性，对其机理进行了分析，课题研究完成了预期目标，取得了系列重要结果。.以金属（铝、镁、锆、铜等）粉末、氧化剂（高氯酸钾、硝酸钾等）和不同结构碳纳米管（单壁及多壁）为原料，制备了组成可变、比例可调的系列复合体系。采用普通照相机闪光灯或半导体激光器作为光源，对复合体系进行光激发，研究点火阈值对组成、配比的依赖性，结果表明掺入适量碳纳米管的体系更易发生点火，即点火阈值明显降低，而单壁碳纳米管具有更显著的效应。氧化剂的存在起到增强燃烧和烟火效应的作用。.利用高分辨透射电镜（HRTEM）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）等表征手段研究了点火前后样品的微结构，结果表明点火改变了CNTs的微结构，CNTs的结构缺陷增加，表明点火产生的局部瞬时高温环境使CNTs发生重构。根据实验结果与理论分析，从CNTs的光吸收与热传导特性出发，阐释了掺入CNTs降低点火阈值的机理。.研究了闪光灯和激光光源的发光特性区别，重点研究了半导体激光器的输出特性及其光束发散对点火的影响，建立了计算模型。研究了激光光功率和光斑面积对点火的影响。结果表明增大光功率密度，有利于点火。材料光感度随CNTs所占比例增大呈现先增大后减小的规律。.本课题研究为发展新型点火材料体系、扩展点火源与点火方式及更深入认识点火和燃烧机理提供了重要指导。