一种叠氮化物复合物及其制备方法

一种叠氮化物复合物及其制备方法
1.技术领域：本发明涉及一种叠氮化物复合起爆药的制备方法及复合物和用途，是以含铜层状金属氢氧化物、含铅层状金属氢氧化物、含镉层状金属氢氧化物等材料为前驱体，经过原位叠氮化反应制备的叠氮化物复合起爆药，属于含能材料技术领域。


背景技术：

2.随着新型弹药、引信等武器系统朝着微型化、智能化方向发展，传统的起爆系统由于装药体积大、装药量大、起爆电压大等缺点，不能满足现在的需求。mems(micro-electro-mechanical system)火工品的微小化和实际应用成为起爆系统发展的主要方向之一，伴随而来的是其装药系统的微型化，以及装药方式的改变。近年来，纳米尺度起爆药因其较高的比表面积、较多的活性位点、较快的释能速度等优异的性能引起了研究者的关注。因此，为适应mems起爆系统发展的要求，急需开发与mems器件相匹配的高能、钝感、纳米尺度起爆药剂。
3.迄今为止，常见的起爆药材料包括：雷汞、四氮烯、斯蒂芬酸铅、叠氮化铅以及一些含硝基的高能化合物等。近年来，研究者们也设计合成了大量的高氮化合物，期望用到起爆药领域，但是由于合成复杂，安全性能低，不能大量生产等诸多因素未能实际应用。诸多起爆药品种中，叠氮化铅由于其优异的起爆性能，被广泛研究和应用。同为金属叠氮化物的叠氮化铜、叠氮化镉等叠氮化物起爆药具有很高的能量密度和卓越的起爆能力，并可以通过原位合成的方法制备，在微型起爆装置中有很大的应用前景。
4.研究者们开发了多种叠氮化物的制备方法。比如利用各自方法制备的多孔铜为原料制备叠氮化铜，将叠氮化物原位封装在碳纳米管、多孔碳材料、石墨烯等碳骨架材料中，制备了叠氮化物和碳的复合材料等。然而，这些改性方法都存在产品中叠氮化物负载率不高、制备工艺复杂(通常需要三步或更多步骤)、需要加入有机溶剂、制备周期较长、原料昂贵等缺点。因此，开发一种工艺简单、负载率高、制备周期短、不需要有机溶剂、原料便宜的叠氮化物复合物的制备方法具有重要意义。
5.本发明在于提供一种以含铜层状金属氢氧化物、含铅层状金属氢氧化物、含镉层状金属氢氧化物等为前驱体材料，经过原位叠氮化两步反应制备的叠氮化物复合起爆药。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种以含铜层状金属氢氧化物、含铅层状金属氢氧化物、含镉层状金属氢氧化物等为前驱体材料，经过原位叠氮化反应制备纳米尺度叠氮化物复合起爆药的方法。与其他的叠氮化物复合物的制备工艺相比，采用有机-无机层状金属氢氧化物作为前驱体有以下优点：制备方法简单、原料易得、绿色、经济、高效，无需加入有机溶剂，叠氮化物含量更高。
7.本发明提供了叠氮化物复合物，其特征在于：所述的叠氮化物复合物采用下述任意一种叠氮化物复合物的制备方法制备得到。
8.在一个优选的技术方案中，所述的叠氮化物包括叠氮化铜、叠氮化铅、叠氮化镉。
9.本发明的目的是通过以下的技术方案实现的。
10.本发明所涉及的叠氮化物复合物的制备方法，其具体步骤为：
11.步骤一、称取可溶性金属盐、水杨酸钠和氢氧化钠，分别溶于去离子水中，搅拌使其溶解，将可溶性金属盐溶液转移至三口烧瓶中，边搅拌边通过滴液漏斗加入水杨酸钠溶液，之后缓慢滴加氢氧化钠溶液，调整体系的ph值。之后通入氮气保护，在90℃条件下反应24h，对所得产物进行过滤，用去离子水洗涤至中性，干燥后可得水杨酸根插层的层状金属氢氧化物前驱体。
12.步骤二、将叠氮化钠与硬脂酸置于气体发生器中，控制反应温度，反应产生的叠氮酸通入装有步骤一产物的单向通气管中，反应一段时间，得到叠氮化物/水杨酸复合物。
13.在一个优选的技术方案中，所述的可溶性金属盐包括硝酸铜、乙酸铜、硝酸铅、乙酸铅、硝酸镉、乙酸镉。
14.在一个优选的技术方案中，所述的步骤一中体系的ph值为5～14。
15.在一个优选的技术方案中，所述的步骤一中的干燥方式为烘箱干燥或冷冻干燥。
16.在一个优选的技术方案中，所述的步骤二中的一定时间为1h～36h。
17.在一个优选的技术方案中，所述的步骤二中的反应温度为100～150℃。
18.在一个优选的技术方案中，所述的叠氮化物/水杨酸复合物中叠氮化物的含量为60wt％～100wt％。
19.在一个优选的技术方案中，所述的叠氮化物/水杨酸复合物中水杨酸的含量为0wt％～40wt％。
20.本发明的原理是：含铜层状金属氢氧化物、含铅层状金属氢氧化物、含镉层状金属氢氧化物等前驱体材料可以通过简单的搅拌大批量制备，并且具有丰富的孔洞和较大的比表面积，材料中的氢氧化物极易和叠氮酸反应，通过控制叠氮化过程的反应时间和温度，制备得到了叠氮化物复合物。
21.本发明的有益效果如下：
22.(1)本发明所述叠氮化物复合物制备工艺简单易行，原材料便宜易得，产率较高；
23.(2)本发明所述叠氮化物复合物静电感度更低，安全性更强；
24.(3)本发明所述叠氮化物/水杨酸复合物是新型的叠氮化物改性品种；
25.(4)本发明在于提供了一种工艺简单、原料廉价且来源广泛的气固反应制备叠氮化物复合物的方法。
附图说明
26.图1是本发明制备得到的水杨酸根插层层状氢氧化镉纳米片前驱体tem图
27.图2是本发明制备得到的水杨酸根插层层状氢氧化镉纳米片前驱体xrd图
28.图3是本发明制备得到的叠氮化镉复合物sem图
29.图4是本发明制备得到的叠氮化镉复合物tem图
30.图5是本发明制备得到的叠氮化镉复合物xrd图
具体实施方式
31.本发明是通过以下实施例实现的，但实施中所述条件和结果对发明的内容和权利
不构成限制。
32.实施例1：原材料：水杨酸钠(c7h5o3na)，氢氧化钠(naoh)，三水合硝酸铜[cu(no3)2·
3h2o]，叠氮化钠(nan3)，硬脂酸(ch3(ch2)
16
cooh)。
[0033]
主要仪器及设备：磁力搅拌机，超级恒温水浴，量筒(100ml)，圆底烧瓶(500ml)，烧杯(200ml)，烘箱，圆底烧瓶，油浴锅。
[0034]
称取4.84g三水合硝酸铜、3.20g水杨酸钠和4.00g氢氧化钠，分别溶于100ml、150ml、200ml去离子水中，搅拌使其全部溶解，将硝酸铜溶液转移至三口烧瓶中，边搅拌边用滴液漏斗加入水杨酸钠溶液，之后缓慢滴加氢氧化钠溶液，调整体系的ph值为5。之后通入氮气保护，在90℃条件下反应24h，对所得产物进行过滤，用去离子水洗涤至中性，烘箱中干燥12h，得到水杨酸根插层的层状氢氧化铜前驱体。再将层状氢氧化铜前驱体置于有叠氮化钠和硬脂酸共热产生的气体通过的通气装置中，得到叠氮化铜复合物成品，其中叠氮酸气体发生装置原料投料比(摩尔)为nan3:ch3(ch2)
16
cooh＝1:1，反应温度120℃，反应时间24h。
[0035]
实施例2：原材料：水杨酸钠(c7h5o3na)，氢氧化钠(naoh)，三水合硝酸铜[cu(no3)2·
3h2o]，叠氮化钠(nan3)，硬脂酸(ch3(ch2)
16
cooh)。
[0036]
主要仪器及设备：磁力搅拌机，超级恒温水浴，量筒(100ml)，圆底烧瓶(500ml)，烧杯(200ml)，烘箱，圆底烧瓶，油浴锅。
[0037]
称取4.84g三水合硝酸铜、6.40g水杨酸钠和4.00g氢氧化钠，分别溶于100ml、150ml、200ml去离子水中，搅拌使其全部溶解，将硝酸铜溶液转移至三口烧瓶中，边搅拌边用滴液漏斗加入水杨酸钠溶液，之后缓慢滴加氢氧化钠溶液，调整体系的ph值为8。之后通入氮气保护，在90℃条件下反应24h，对所得产物进行过滤，用去离子水洗涤至中性，烘箱中干燥12h，得到水杨酸根插层的层状氢氧化铜前驱体。再将层状氢氧化铜前驱体置于有叠氮化钠和硬脂酸共热产生的气体通过的通气装置中，得到叠氮化铜复合物成品，其中叠氮酸气体发生装置原料投料比(摩尔)为nan3:ch3(ch2)
16
cooh＝1:1，反应温度120℃，反应时间24h。
[0038]
实施例3：原材料：水杨酸钠(c7h5o3na)，氢氧化钠(naoh)，四水合硝酸镉[cd(no3)2·
4h2o]，叠氮化钠(nan3)，硬脂酸(ch3(ch2)
16
cooh)。
[0039]
主要仪器及设备：磁力搅拌机，超级恒温水浴，量筒(100ml)，圆底烧瓶(500ml)，烧杯(200ml)，烘箱，圆底烧瓶，油浴锅。
[0040]
称取4.70g四水合硝酸镉、3.20g水杨酸钠和4.00g氢氧化钠，分别溶于100ml、150ml、200ml去离子水中，搅拌使其全部溶解，将硝酸镉溶液转移至三口烧瓶中，边搅拌边用滴液漏斗加入水杨酸钠溶液，之后缓慢滴加氢氧化钠溶液，调整体系的ph值为8。之后通入氮气保护，在90℃条件下反应24h，对所得产物进行过滤，用去离子水洗涤至中性，烘箱中干燥12h，得到水杨酸根插层的层状氢氧化镉前驱体。再将层状氢氧化镉前驱体置于有叠氮化钠和硬脂酸共热产生的气体通过的通气装置中，得到叠氮化镉复合物成品，其中叠氮酸气体发生装置原料投料比(摩尔)为nan3:ch3(ch2)
16
cooh＝1:1，反应温度120℃，反应时间24h。
[0041]
实施例4：原材料：水杨酸钠(c7h5o3na)，氢氧化钠(naoh)，三水合硝酸铅[pb(no3)2·
3h2o]，叠氮化钠(nan3)，硬脂酸(ch3(ch2)
16
cooh)。
[0042]
主要仪器及设备：磁力搅拌机，超级恒温水浴，量筒(100ml)，圆底烧瓶500ml，烧杯(200ml)，烘箱，圆底烧瓶，油浴锅。
[0043]
称取6.63g三水合硝酸铅、6.40g水杨酸钠和4.00g氢氧化钠，分别溶于100ml、150ml、200ml去离子水中，搅拌使其全部溶解，将硝酸铜溶液转移至三口烧瓶中，边搅拌边用滴液漏斗加入水杨酸钠溶液，之后缓慢滴加氢氧化钠溶液，调整体系的ph值为5。之后通入氮气保护，在90℃条件下反应24h，对所得产物进行过滤，用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥24h，得到水杨酸根插层的层状氢氧化铅前驱体。再将层状氢氧化铅前驱体置于有叠氮化钠和硬脂酸共热产生的气体通过的通气装置中，得到叠氮化铅复合物成品，其中叠氮酸气体发生装置原料投料比(摩尔)为nan3:ch3(ch2)
16
cooh＝1:1，反应温度120℃，反应时间24h。
[0044]
实施例5：原材料：氢氧化钠(naoh)，四水合硝酸镉[cd(no3)2·
4h2o]，叠氮化钠(nan3)，硬脂酸(ch3(ch2)
16
cooh)。
[0045]
主要仪器及设备：磁力搅拌机，超级恒温水浴，量筒(100ml)，烧杯(200ml)，圆底烧瓶，油浴锅。
[0046]
称取2.36g四水合硝酸镉和0.80g氢氧化钠，分别溶于100ml、200ml去离子水中，搅拌使其全部溶解，将硝酸镉溶液转移至烧杯中，边搅拌边用滴液漏斗滴加氢氧化钠溶液，至体系完全反应，得到氢氧化镉前驱体。再将氢氧化镉前驱体置于有叠氮化钠和硬脂酸共热产生的气体通过的通气装置中，得到叠氮化镉复合物成品，其中叠氮酸气体发生装置原料投料比(摩尔)为nan3:ch3(ch2)
16
cooh＝1:1，反应温度120℃，反应时间24h。
[0047]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种叠氮化物复合物的制备方法，其特征在于具体步骤如下：步骤一、称取铜、铅、镉的可溶性金属盐、水杨酸钠和氢氧化钠，分别溶于去离子水中，搅拌使其溶解，将铜、铅、镉的可溶性金属盐溶液转移至三口烧瓶中，边搅拌边用滴液漏斗加入水杨酸钠溶液，之后缓慢滴加氢氧化钠溶液，调整体系的ph值。之后通入氮气保护，在90℃条件下反应24h，对所得产物进行过滤，用去离子水洗涤至中性，干燥后可得水杨酸根插层的层状氢氧化物前驱体。步骤二、将叠氮化钠与硬脂酸置于气体发生器中，控制反应温度，反应产生的叠氮酸通入装有步骤一层状氢氧化物前驱体的单向通气管中，反应一段时间，得到叠氮化物复合物。2.根据权利要求1所述的叠氮化物复合物的制备方法，其特征在于：所述的铜、铅、镉的可溶性金属盐包括硝酸铜、乙酸铜、硝酸铅、乙酸铅、硝酸镉、乙酸镉。3.根据权利要求1所述的叠氮化物复合物的制备方法，其特征在于：所述的ph值为5～14。4.根据权利要求1所述的叠氮化物复合物的制备方法，其特征在于：所述的叠氮化物复合物中叠氮化物的含量为60wt％～100wt％。5.根据权利要求1所述的叠氮化物复合物的制备方法，其特征在于：所述的叠氮化物/水杨酸复合物中水杨酸的含量为0wt％～40wt％。6.一种叠氮化物复合物，其特征在于：所述的叠氮化物复合物采用上述权利要求1～5任意一项权利要求所述的叠氮化物复合物的制备方法得到。7.根据权利要求6所述的叠氮化物复合物，其特征在于：所述的叠氮化物包括叠氮化铜、叠氮化铅、叠氮化镉。8.一种权利要求6或7所述的叠氮化物复合物的用途，其特征在于：所述的叠氮化物复合物用作起爆药。

技术总结
本发明公开了一种叠氮化物复合物及其制备方法，以含铜层状金属氢氧化物、含铅层状金属氢氧化物、含银层状金属氢氧化物等材料为前驱体，经过原位叠氮化反应制备出一类纳米尺度叠氮化物复合物材料。本发明制备叠氮化物复合物的方法，制备方法新颖、原料便宜易得、工艺简单易行。本发明得到的叠氮化物复合起爆药，与传统的叠氮化物改性产品相比，叠氮化物含量较高，具有较强的起爆能力。具有较强的起爆能力。


技术研发人员：杨利 闫振展 李龙 韩纪旻 佟文超
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2022.01.06
技术公布日：2023/7/21