【中國幕墻網(wǎng)】介紹了納米鋁的應(yīng)用及其制備方法。納米鋁主要應(yīng)用于火箭推進(jìn)劑、火炸藥添加劑和
太陽能電池板的鋁背場。制備納米鋁的方法主要有蒸發(fā)冷凝法、線爆炸法、機(jī)械化學(xué)法、脈沖激光剝蝕法、電弧放電法和溶液化學(xué)法等。雖然納米鋁在應(yīng)用方面具有很重要的價值，可是目前的制備方法成本昂貴、產(chǎn)量小，制約著納米鋁應(yīng)用方面的發(fā)展。因此，發(fā)展新型的低成本、產(chǎn)量大的納米鋁制備方法具有極其重要的意義。
引言
納米鋁作為一種新
型材料，主要應(yīng)用領(lǐng)域有三個方面，包括火箭推進(jìn)劑、火炸藥、
太陽能電池鋁背。這三個方面對于國家的軍事和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的意義。納米鋁的大規(guī)模制備和應(yīng)用研究關(guān)系到我國國防建設(shè)的發(fā)展和高科技產(chǎn)品的開發(fā)。本文綜述了納米鋁的具體應(yīng)用方面及其主要的制備方法。從國內(nèi)和國外的研究工作來看，納米鋁的制備研究論文非常少，所用的方法主要局限于法和電弧放電法，化學(xué)法主要有兩種，包括機(jī)械化學(xué)法和溶液化學(xué)法。
1 納米鋁的應(yīng)用
1．1納米鋁在火箭推進(jìn)劑中的應(yīng)用方面研究情況及進(jìn)展
鋁的含量金屬元素在地殼中占據(jù)了第二的位置，僅次于鐵的含量。在日常生活中，各種
鋁制品已經(jīng)被人們大量使用。更值得注意的是，由于鋁的密度高，耗氧量低，有高的燃燒焓，使得在固體推進(jìn)劑中可以有較高的
鋁粉含量，對提高比沖的作用相當(dāng)顯著。再加上原材料豐富，成本較低，因此作為能量材料的添加劑被廣泛應(yīng)用在火箭推進(jìn)劑中。與普通鋁粉相比，納米鋁粉具有燃燒更快、放熱量更大的特點(diǎn)，若在固體燃料推進(jìn)劑中添加1％質(zhì)量比的超微鋁或鎳顆粒，燃料的燃燒熱可增加1倍。國外有研究報道，在HTPB復(fù)合推進(jìn)劑中，加入20％Alex(ARGONIDE公司產(chǎn)品納米鋁粉)，與同樣含量普通鋁粉相比較，燃燒速率可以提高70％。
1．2納米鋁在火炸藥中應(yīng)用方面研究情況及進(jìn)展
在炸藥中加入高熱值的金屬粉末是提高炸藥作功能力的途徑之一。含鋁炸藥作為一類高密度、高爆熱、高威力炸藥，已被廣泛應(yīng)用在水中兵器和對空武器彈藥中J。納米鋁與其他的
金屬氧化物納米材料自組裝后燃燒速度可達(dá)到1500—2300
m／s，沖擊波最大可以達(dá)到3馬赫。這種納米尺寸的“智能炸彈”可望將靶向藥物輸送到癌細(xì)胞，同時不損傷健康細(xì)胞J。這種由納米鋁粉與金屬氧化物配合成功的高能炸藥，由于其表面積要比常規(guī)鋁熱劑粉末大得多，因而它能夠提供相當(dāng)于現(xiàn)有火藥推進(jìn)劑十倍高的燃燒速度。
1．3納米鋁在太陽能電池中的應(yīng)用方面研究情況及進(jìn)展
隨著現(xiàn)在太陽電池的材料以及制作水平的不斷提高，太陽能電池的少子壽命也不斷的增加，即少子的擴(kuò)散長度不斷增長，當(dāng)少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度與硅片的厚度相當(dāng)或超過硅片厚度時，背表面的復(fù)合速度對太陽電池特性的影響就很明顯。從現(xiàn)在的商業(yè)太陽電池來看，為了降低太陽電池的成本，提高效率，生產(chǎn)廠家也在不斷地減小硅片的厚度，以降低原材料的價格。因此，為了提高電池的效率，必須考慮降低電池背表面的復(fù)合速度，提高長波光譜響應(yīng)。所以鋁背場的好壞將直接影響到太陽能電池的輸出特性’7J。顆粒小，鋁漿與硅片接觸較好，顆粒大，有的區(qū)域與硅表面問存在著較大的空隙，存在空洞，鋁漿與硅片接觸較差，這就使得有些區(qū)域沒有形成鋁背場。所以鋁漿的顆粒大小對于鋁背場的形成和質(zhì)量都有著很重要的關(guān)系。鋁顆粒越小，熔點(diǎn)越低，越易于在一定溫度下和硅
基材料形成硅鋁復(fù)合層，越有利于鋁背場的形成并改善太陽能電池的輸出特性。因此，制備納米級的要的意義。
2 納米鋁制備方法方面研究情況及進(jìn)展
2．1蒸發(fā)冷凝法
蒸發(fā)冷凝法是物理方法制備納米微粒的一種典型方法。在真空下充人純凈的
惰性氣體(Ar，He等)，高頻感應(yīng)加熱使原料
鋁錠蒸發(fā)，產(chǎn)生鋁蒸氣，惰性氣體的流動驅(qū)動蒸氣向下移動，并接近冷卻裝置。在蒸發(fā)過程中，鋁蒸氣原子與惰性氣體原子碰撞失去能量而迅速冷卻，這種有效的冷卻過程在鋁蒸氣中造成很高的局域過飽和而均勻成核，在接近冷卻裝置的過程中，鋁蒸氣首先形成原子團(tuán)簇，然后形成單個納米微粒，納米微粒隨氣流經(jīng)分級進(jìn)入收集區(qū)內(nèi)而獲得納米粉末。這種方法耗能大、成本高、粒徑難以控制、產(chǎn)品穩(wěn)定性差。
2．2線爆炸法
線爆炸法¨是另外一種物理法，首先將爆炸室抽至較高的真空，然后向爆炸室充人一定壓力的高純氬氣。調(diào)節(jié)高壓至34kV，向儲能器充電3OkV，使整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過送絲裝置將直徑為0．3mm的鋁絲送入爆炸室，控制A1線爆炸頻率為3O次／min。通過等離子體放電使鋁絲在瞬間爆炸，形成高分散的納米鋁粉，然后將納米鋁粉收集后在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行原位包裝。這種方法制備納米鋁粉的粒徑一般在100nm以上，很難做到粒徑更小，同時這種方法的生產(chǎn)量很小，難以滿足日益擴(kuò)大的市場需求。因此，尋求一種新型的方法制備納米鋁粉將會為太陽能電池市場、軍工國防事業(yè)提供新的技術(shù)支撐。
2．3機(jī)械化學(xué)法
機(jī)械化學(xué)法采用氯化鋁和金屬鋰作為反應(yīng)原料，邊研磨邊反應(yīng)制備納米鋁。所使用的設(shè)備是惰性氣體手套箱和球磨機(jī)。研磨反應(yīng)后所得產(chǎn)物經(jīng)過
有機(jī)溶劑硝基甲氯化鋁溶液洗滌，能夠除去大部分副產(chǎn)物氯化鋰。所得納米鋁的平均粒徑為
55nm。由于所生成的納米鋁非常活潑，如果使用金屬鈉與氯化鋁球磨制備納米鋁，則副產(chǎn)物氯化鈉很難除去。下式為機(jī)械化學(xué)法制備納米鋁的反應(yīng)式：A1C13+3Li—Al+3LiC1(1) AIC13+3Na_Al+3NaC1(2) 這種機(jī)械化學(xué)法制備納米鋁優(yōu)點(diǎn)是方法簡便，操作簡單。缺點(diǎn)是雖然經(jīng)過長時間研磨，也難以保所有的原料都能夠參與反應(yīng)，因?yàn)楣滔嘌心シó吘菇佑|面較小，無法與均相反應(yīng)相比。因此，如果能夠?qū)ふ乙环N均相反應(yīng)制備納米鋁的方法將會更有利于產(chǎn)物的純度、粒度均勻性和規(guī)模化生產(chǎn)。
2．4脈沖激光剝蝕法
脈沖激光剝蝕法也是物理法的一種，所采用的介質(zhì)是乙醇、丙酮或者乙二醇。從把
鋁材浸人液體中，要經(jīng)歷三個步驟來制備納米鋁顆粒。所有這些步驟都是在很短時間內(nèi)完成的，通常是大約幾個毫秒。首先是激光脈沖加熱靶材到沸點(diǎn)，這樣就產(chǎn)生了含有等離子體靶材蒸氣原子。接著等離子體絕
熱膨脹，最后隨著氣體冷卻，納米鋁子形成。在冷卻步驟，首先是成核，接著通過相互粘附或者
新材料沉積在上面導(dǎo)致納米粒子生長。這種合成方法的影響因素主要有激光波長、激光能量、脈沖寬度、液體介質(zhì)類型和剝蝕時間等。這種制備納米鋁的方法成本非常昂貴，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。
2．5電弧放電法
3 結(jié)論
納米鋁粉的制備研究多年來主要采用物理法¨，是因?yàn)榧{米鋁粉非常活潑，不但在空氣中很容易被氧化甚至燃燒爆炸，而且在溶液中也容易氧化變成
氧化鋁，因此，化學(xué)方法很難控制最終的產(chǎn)物納米鋁粉不被氧化。如何在原有制備納米鋁方法的基礎(chǔ)上能夠更好地控制納米鋁的尺寸，提高純度，降低成本將是未來急需解決的一些問題。【完】
