CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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微流控与含能材料 特邀专题

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    • 微流控技术调控炸药结构形态的研究进展

      2022, 30(5):511-526. DOI: 10.11943/CJEM2022023

      摘要 (426) HTML (345) PDF 6.38 M (6095) 评论 (0) 收藏

      摘要:炸药的综合性能不仅取决于其化学组成,更大程度上取决于其晶体颗粒形态,有时其结构形态还成为关键作用因素。微流控技术因其较高的传质传热效率、精准的参数控制和本质安全性在炸药结构形态调控方面具备很大的优势,成为新的研究关注点。本文就液滴流和连续流在起爆药和猛炸药的粒径、粒径分布、晶体形貌和聚集结构方面的研究状况进行分析与总结,分析得出液滴流所具有的稳定反应环境和弹性滞留时间适合于起爆药的结构形态调控,其具备的良好尺寸均一性和单分散性适合于球形化猛炸药微粒的制备,而连续流的高混合效率则与猛炸药的结晶性质更加契合。结合目前相关研究在后处理方式、理论适用性、微流体操纵手段以及智能化程度方面的不足提出了相应的建议,为微流控技术在炸药领域的进一步发展提供了思路和参考。

    • 微孔阵列芯片的设计、制备与乳化反应性能研究

      2022, 30(5):459-466. DOI: 10.11943/CJEM2022028

      摘要 (256) HTML (248) PDF 2.61 M (4831) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探索一种连续安全可控的乳化炸药微流控合成策略,采用微机电系统(MEMS)制造工艺,设计制备了10,20,30,40 μm四种孔径的硅基微孔阵列芯片并构建了乳化炸药微流控反应装置。研究发现,影响乳胶基质分散相液滴粒径的主要因素是微孔孔径和连续相流速,探究了孔径尺寸、油水两相流速对乳化液滴粒径分布和放热性能的影响规律。结果表明,当微孔孔径为30 μm、连续相流速为0.5 mL·min-1时,基质中分散液滴的粒径分布最窄,D50=8.169 μm。微孔阵列芯片能够批量生成均一度较高的液滴,为乳化炸药制备过程中的乳化阶段提供了新的选择。

    • 微流控技术制备叠氮化铅起爆药及其改性

      2022, 30(5):451-458. DOI: 10.11943/CJEM2022011

      摘要 (647) HTML (851) PDF 1.67 M (7626) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对常规叠氮化铅(Pb(N32,LA,Lead Azide)制备工艺存在自爆风险等问题,采用旋T型微流控芯片提供的微通道作为微反应器,借助其分子间扩散距离短、比表面积大、连续流动等特点,在微通道反应器内制备了微纳米尺度的LA起爆药,并使用聚焦型液滴微流控芯片对制备的LA起爆药进行了球形化改性处理。研究了反应物流速、有机溶剂、晶型控制剂等因素对产物的影响,并采用SEM、XRD、DSC等手段对产物进行了表征,对比了微流LA、微球LA与常规粉末LA的感度及爆炸性能。结果表明,通过控制微流控反应参数,可有效控制LA起爆药产物粒径,且制备的LA起爆药均为α型晶体;LA起爆药经球形化改性后,显著提高了其撞击感度H50(25.5 cm到12.1 cm)、降低了静电火花感度E50(1.98 kV到2.97 kV)和火焰感度L50(26.3 cm到16.1 cm),同时提高了爆压(升高63.6%)。基于微流控技术的LA起爆药制备和改性是一种安全高效方法,为敏感起爆药的可控制备和调控提供了新思路。

    • 超声辅助微流控技术制备纳米LLM-105

      2022, 30(5):446-450. DOI: 10.11943/CJEM2022018

      摘要 (296) HTML (191) PDF 3.19 M (2795) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)的形貌以及减小粒径。基于溶剂-非溶剂法,通过超声辅助微流控技术制备纳米LLM-105。采用场发射扫描电镜(FE-SEM)观察样品的微观形貌,X射线衍射(XRD)分析样品的晶型。此外,通过流体可视化证明了超声波对于流体混合的促进作用。结果表明,通过超声所制备的样品颗粒更小,粒径更均匀,平均粒径为137.65 nm,并且形貌为类球型,且晶型较原料未发生改变。差示扫描量热分析(DSC)表明纳米LLM-105的热分解温度较原料降低。说明超声辅助的引入,不仅可以提高制备纳米LLM-105的效率,还会使其粒径显著减小。

    • 液滴微流控技术制备TATB基PBX复合微球

      2022, 30(5):439-445. DOI: 10.11943/CJEM2022006

      摘要 (424) HTML (202) PDF 1.49 M (2711) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了调控高聚合物黏结炸药(PBXs)的形貌、粒径分布和涂层包覆效果,采用高灵敏度的液滴微流控技术制备了TATB/F2602微球。研究了黏结剂含量和流量大小对TATB/F2602微球的形貌和粒径的影响。通过扫描电镜、X射线衍射、比表面积、DSC和TG等测试方法,系统研究了微球样品的形貌、结构、成分和热行为。结果表明:黏结剂含量为5%时微球具有光滑表面、规则球形形状和高单分散性,平均圆形度为0.921(跨度为0.040);通过调控流量比逐渐增大,微球样品D50从51.73减小到44.31 μm,且粒径分布窄(跨度小于0.4);氟橡胶(F2602)均匀分布于TATB微球内部和表面,均匀地包覆TATB颗粒使微球样品热分解延后4.08 ℃;与原料TATB相比,球形化过程使TATB/F2602真密度增加到1.9780 g∙cm-3。液滴微流控技术可以有效调控炸药微球的形貌和粒径,为高聚物黏结炸药的球形化制备提供参考。

    • HNS溶解度与介稳区的光流控测定方法研究

      2022, 30(5):431-438. DOI: 10.11943/CJEM2022025

      摘要 (331) HTML (265) PDF 1.76 M (3353) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了获得炸药晶体的溶解度、介稳区宽度等结晶热力学参数,提出了一种基于光流控的炸药结晶热力学参数的测定方法,并以六硝基茋(HNS)炸药为样本验证了该种方法的适用性。以5 K为步长,测定了HNS自318.15 K至353.15 K,在体积比为10∶0,7∶3,5∶5,3∶7,0∶10的DMSO/DMF溶剂体系下的溶解度及HNS在以上DMSO/DMF溶剂体系,318.15 K至333.15 K下的介稳区宽度。采用Apelblat模型、λh模型对收集到的溶解度数据进行拟合,研究了溶剂体系对介稳区宽度的影响,并对结晶参数进行了筛选。根据经典成核理论计算了HNS的表观成核级数m,并对HNS的降温结晶成核机理进行了分析。结果表明,基于光流控的结晶热力学参数测定方法对HNS晶体有着很好的适用性。随着温度的升高与体系内DMSO体积比例的增加,HNS的溶解度增大。随着体系内DMSO体积比例的增加,介稳区宽度变窄。得到最佳结晶条件:以纯DMSO作为溶剂,溶液温度设置为333.15 K,溶质浓度为0.029 g·mL-1m的值约为4,受起始温度的影响不大,可以推测HNS的成核机制属于连续成核。

    • 微通道反应器中合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的连续流工艺及其动力学

      2022, 30(5):424-430. DOI: 10.11943/CJEM2022019

      摘要 (362) HTML (298) PDF 1.11 M (5499) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇(TMPD)的生产效益,改变传统的釜式间歇生产工艺,采用更加高效的微通道连续流工艺,以异丁醛为原料,氢氧化钠溶液为催化剂,一步合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇。考察了催化剂氢氧化钠浓度、用量、温度、停留时间等工艺参数对反应的影响,并对其进行了优化。结果表明,氢氧化钠浓度为50%,v(异丁醛)∶v(NaOH)=1∶1,停留时间10 min,反应温度40 ℃为最佳工艺条件。在该条件下,异丁醛转化率达到99.02%,2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇选择性达到93.57%,收率达到92.65%。该工艺充分利用微通道反应器优良的传质传热特点,缩短了反应时间,提高了反应速率,扩大了工艺条件选择区间,实现了对羟醛缩合反应过程的有效控制。同时,反应动力学研究显示,异丁醛生成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的反应为二级反应,在氢氧化钠浓度为50%时,反应表观活化能最小为26.34 kJ·mol-1,指前因子为2888.26 L·K-1·mol-1·min-1

    • 超细Zr@NC的微尺度连续流动制备与性能表征

      2022, 30(5):417-423. DOI: 10.11943/CJEM2022024

      摘要 (342) HTML (203) PDF 1.62 M (3246) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现超细锆(Zr)粉表面包覆改性的制备过程安全,研究了一种在微尺度下连续流动制备核壳结构Zr粉的方法,并构建了一个由微流控单元和喷雾干燥单元组成的连续化微流控系统以验证其可行性。该系统可连续化实现组分的微尺度混合、核壳结构的形成以及样品的后处理。以Zr粉和硝化纤维素(NC)为组分,通过控制NC含量并在微尺度上调节干燥气体压力,对Zr@NC的结构调控进行了研究。采用热分析法与静电火花感度测试对Zr@NC的活性与安全性进行了分析。结果表明,连续化微流控系统可以成功制备出形貌良好、具有核壳结构的Zr粉;热分析结果表明,Zr@NC相比未包覆时的氧化增重仅降低1.04%,能量释放更为迅速;静电火花感度测试结果表明,Zr@NC的50%发火能量相比原料Zr粉从1.42 mJ提升至197.82 mJ,静电火花感度大幅降低。

    • 微流控合成与制备含能材料的发展思考

      2022, 30(5):415-416. DOI: 10.11943/CJEM2022070

      摘要 (551) HTML (403) PDF 371.75 K (8368) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 含能快递-2022年第5期

      2022, 30(5):413-414.

      摘要 (274) HTML (266) PDF 936.44 K (5816) 评论 (0) 收藏

      摘要:

富氮杂环含能化合物的创制

年第卷第

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