含能芯片制备和表征

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1、M．D．DissertationPreparationandcharacterizationofenergeticdeviceSupervisedbyAssistantresearcherZhangWenchaoAssicoresearcherYeJiahaiNanjingUniversityofScience&TechnologyMarch，2013声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包

2、含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文中作了明确的说明。研究生签名：Mf墀≥月≯瑁学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：j丝雌夕B年>月z昭硕士论文含能芯片的制备与表征摘要随着MEMS技术的不断发展，其对能量的需求和功能的多样性要

3、求越来越高，纳米复合含能材料具有高的能量密度、快的能量释放速率、短的点火延迟时间等优点，将纳米复合含能材料与MEMS结合逐渐成为研究的趋势。纳米铝热剂属于纳米复合含能材料中的一类，由于其制备简单、能量密度高、能量释放速率快等优点，近几年已经成为该领域关注的焦点。将纳米铝热剂应用于MEMS，制备工艺的兼容性是首先面临且必须解决的问题。纳米铝热剂的制备有物理混合、溶胶凝胶、气相沉积、自组装、抑制反应球磨法等多种方法，相比其他方法，溶胶凝胶法具有简单、安全且能够较好的控制组分的粒径等特点。本文采用溶胶凝

4、胶法首次将纳米铝热剂装填进硅微孔道(Si．MicroChannelP1ate，Si．MCP)@从而形成含能芯片，由于铝热剂的制备、装填过程与MEMS具有较好的兼容性，且Si．MCP的制作过程采用标准的微电子制作工艺，所以使得含能芯片运用于MEMS领域成为可能。具体步骤为：首先采用光辅助电化学方法制备Si．MCP，然后通过溶胶凝胶法使得纳米铝热剂Fe203H1装填进Si．MCP的微孔道中，进而形成含能芯片，并通过SEM、EDS、TG．DSC等手段对其形貌、组分和热化学性能进行了测试表征。在此基础之上

5、，将有机含能材料RDX、HNS和苦味酸铅通过溶胶凝胶法和负压操作等工艺装填进Si．MCP微孔道中以提高含能芯片的放热量和产气能力，通过SEM、TG．DSC等手段对其形貌和热化学性能进行表征，研究结果表明：1)采用溶胶凝胶法制备了五种不同摩尔比例的纳米铝热剂Fe203／A1，SEM、TEM结果表明纳米铝粒子较为均匀的分布于体系当中，通过TG．DSC对其放热量测试后的结果显示Fe203／Al最佳比例为l：3．2，放热量为875．87Jg～，热分析后产物的XRD结果显示单质Fe的存在表明发生了铝热反应。

6、2)通过光辅助电化学方法制备了Si．MCP，SEM表明其结构具有高度的一致性，孔外观呈现为正方形，孔道呈直线有序排列、表面光滑且相互平行，孔道在4～5gm，相邻孔之间孔壁厚度约为0．5gm。3)Si-MCP含能芯片的SEM、EDS结果表明纳米铝热剂已经成功装填进Si．MCP微孔道中，TG—DSC测试结果发现其放热峰开始于689．42℃，所放出的热量114．42Jg～，低于铝热剂的理论放热量，分析其原因在于Si．MCP含能芯片中纳米铝热剂装填的量较少，即其所占的比重较低。RD)(／Si．MCP含能芯

7、片DSC结果表明放热峰开始于634．42℃，放热量为823．22Jg一，较Fe203／AUSi．MCP含能芯片放热量高。而HNS／Si-MCP含能芯片放热量明显低于RD)(／Si．MCP含能芯片，苦味酸铅／Si．MCP含能芯片放热量为796．05Jg～。上述工作为含能芯片的制备开辟了一条新途径，促进了摘要硕士论文MEMS含能器件功能多样化，今后如能提高芯片的能量密度将进一步促进该技术的发展。关键词：纳米铝热剂，含能材料，硅微通道，含能芯片IIAbstractWiththedevelopmentof

8、MEMS，therequirementforenergyandmultiplefunctionshasbeenallimportantaspectduringapplication．Nanocompositeenergeticmaterialshavebecomeanextensiveresearchsubjectduetotheseadvantagesincludinghigherenergydensity,fasterenergyrelease，andshorterigniti