材料的性能主要由材料的结构所决定,因而纳米材料出现了一些传统材料所不具备的特别性能,从而使纳米材料获得了广泛的应用。它具有五个方面比较显著的特异效应,并由此产生出了传统材料不具备的许多优异的物理和化学性能。特异效应有:量子尺寸效应,体积效应(或小尺寸效应),表面与界面效应,宏观量子隧道效应,介电限域效应等等[3]。其他特殊性能如:化学性能,催化性能,光学性能,电磁性能等等。除了之外,与宏观物质相比较,纳米材料在力学性能,光催化性能、储氢性能、烧结性能和热力学等方面上也显示出了特异的性能[4]。
1.1.2 纳米材料的团聚及解决手段
纳米材料的团聚现象是指原生的纳米粉体颗粒之间在制备、分离、处理以及存放的过程当中出现的相互连接、由多个颗粒形成较大的颗粒团簇的现象[5]。纳米粉体的团聚大致可以分为两类,即软团聚和硬团聚[6]。一般认为,通过对粒子的连接面凝集形成的团聚体系物质是硬团聚;由大颗粒对小颗粒或絮体通过融合点或者角度吸附而成的小颗粒或团聚体称为为软团聚。
软团聚是由于范德华力(这是与颗粒大小成反比的)和颗粒间的库仑力作用产生的。因为这些作用力,粒子可能在布朗运动过程中彼此之间发生碰撞并凝集形成二次粒子[7]。虽然二次粒子的运动的速度比原来的粒子运动速度慢,他们仍有一定的机会与其他的粒子发生碰撞并形成更大的团聚体,直到他们的团聚体有足够的规模和重量。而硬团聚不仅是范德华力和库仑力引起的,而且是化学键作用的产生的[8]。
这种团聚现象给超细粉体的工艺和使用都带来了严重的影响,在制备和存储过程中带来了很大困难。特别是硬团聚现象,微粒之间通过较强的结合力结合在一起,团聚体牢固不易被破坏,对材料性能的影响更大[9]。
目前,常用的防止团聚的方法包括物理分散和化学分散[10]。物理分散的方法是改变颗粒表面的晶体结构应力,如机械分散法超声波分散法,保持动态稳定性。化学分散的方法是改变粒子的表面性质,产生粒子与液体或介质之间的强排斥力。有两种方式可以实现化学稳定状态。一是使粒子携带相同的电荷,以便他们可以互相排斥。另一种方法是在一些粒子的表面上附加特定的聚合物以防止他们接近对方,发生团聚。
1.2 黑索金
环三次甲基三硝胺,俗称为黑索金、英文简记为RDX。黑索金是一种含能材料炸药,烈性比TNT猛烈1.5倍, 因其优良的综合性能广泛应用在军事上,被人们形象的称为“旋风炸药”。
1.2.1 黑索金的结构特征和用途
黑索金(RDX)是一种直到20世纪人类才开始大量使用的重要的烈性炸药,其结构如图1.1所示。黑索金由于爆炸猛度高,威力大,化学性质较稳定,二战之后逐渐取代三硝基甲苯(TNT)成为武器中炸药的主要成分。除此之外,黑索金也是推进剂的重要添加剂。添加了超细黑索金的推进剂,能量密度有所提高,综合性能也随之有所改进。
1.2.2 黑索金的理化性质
黑索金为白色粉末状固体,晶体类型属于斜方晶系,有毒性[11]。溶解性较差,既难溶于水,也不易溶于一般的有机溶剂中,即使在稀硝酸溶液中的溶解度也很低,只有丙酮、环己烷和浓硝酸对它的溶解性能较好。熔点205.5℃,沸点234℃。
化学性质相对而言比较稳定,遇到明火、高温、震动、冲击、摩擦能引发燃烧爆炸。在空气中能完全燃烧,有明亮的火焰产生,密闭条件下大量黑索金燃烧,都能由于燃烧最终导致爆轰现象发生。