导 读：
提高点火剂的可控性和能量密度对含能复合材料的发展具有重要意义。近期，中北大学武碧栋教授团队采用微滴微流控和乳化技术制备了HNS/CL-20复合微球，其中HNS为2,2',4,4',6,6'-六硝基二苯乙烯，一种在相对较高的温度下使用的耐热含能材料；CL-20全称六硝基六氮杂异伍兹烷，是目前已知能够实际应用的能量最高、威力最强大的非核单质炸药。研究了粘合剂含量对微球形貌和性能的影响，并对微球的点火爆轰性能进行了表征。相关研究以“Crystal phase control and ignition properties of HNS/CL-20 composite microspheres prepared by microfluidics combined with emulsification techniques”为题目，发表在期刊《Particuology》上。
本文要点：
1、本研究将液滴微流体和乳化技术相结合，以缩水甘油叠氮聚合物（GAP）为粘合剂制备HNS/CL-20复合微球。
2、研究了粘合剂含量对微球形态的影响，并对微球的粒径、晶体结构、热分解、分散性、力学敏感性、燃烧行为和爆轰性能进行了表征和测试。
3、结果表明，粘合剂含量为3%的微球具有较高的球形度和粒径均匀性。
4、微球保留了HNS和CL-20（ε型）的晶体结构。与原始HNS相比，微球具有更高的表观活化能、更好的安全性能和良好的分散性。
5、点火实验和爆轰性能测试表明，HNS/CL-20复合微球具有优异的点火性能、明显的燃烧火焰和显著的能量释放效果，有望实现点火器的高能量、快速响应，从而提高在特殊环境或系统中的点火可靠性。
粘合剂含量对HNS/CL-20微球形貌和性能的具体影响如下：
1、微球形貌：
当GAP含量为1%时，微球中心存在较大凹陷，表面也有不同程度的小凹陷，球形度较低。
当GAP含量增加到2%时，微球中心凹陷明显改善，表面趋于平滑，球形度大幅提高。
当GAP含量增加到3%时，可以获得高球形度、表面光滑、粒径分布窄的高质量微球。
2、微球性能：
随着GAP含量的增加，微球的球形度和粒径均一性都有所提高。
与原料HNS相比，3%GAP微球具有更高的表观活化能、更好的安全性能和良好的分散性。
3%GAP微球的燃烧性能和爆轰性能显著优于原料HNS，点火性能和能量释放效果更佳。
综上所述，适当增加GAP含量可以有效改善HNS/CL-20微球的形貌和性能，当GAP含量达到3%时可获得最佳结果。这是因为粘合剂可以起到粘结和支撑作用，有助于形成高球形度和均一性的微球结构，从而提高微球的综合性能。
使用液滴微流控方法结合乳化技术制备HNS/CL-20复合微球有哪些优势？
1、可精确控制微球的形貌和粒径分布，生产出高度球形且粒径分布窄的微球。这是通过在微流控装置中控制液滴的生成和稳定化实现的。
2、能够保持HNS和CL-20的目标晶体结构，避免了在制备过程中发生相变。这对于保持其高能量密度和性能特性尤为重要。
3、微球具有更高的力学敏感性和热稳定性，提高了安全性能。这归因于组分在微球内部的均匀分布以及粘结剂的包覆效果。
4、微球制备方法与微型化趋势相兼容，适用于需要小型化能量系统的应用。
图1.HNS/CL-20微球制备工艺示意图：（a）注射泵系统；（b）同轴液滴制备；（c）液滴收集；（d）乳化。
图2.微球和原料的扫描电镜（SEM）图像：（a）纳米HNS；（b）纳米CL-20；（c）GAP含量为1%时制备的微球；（d）GAP含量为2%时制备的微球；（e-i）GAP含量为3%时制备的微球。
图3.HNS/CL-20f微球的激光扫描共聚焦表征：（a）GAP含量为1%时制备的微球；（b）GAP含量为2%时制备的微球；（c）GAP含量为3%时制备的微球。
图4.用不同含量的粘合剂制备的HNS/CL-20微球的二值图像：（a）GAP-1%；（b）GAP-2%；（c）GAP-3%。
图5.HNS/CL-20微球的粒径分布。
图6.原料和HNS/CL-20微球的X射线衍射（XRD）图：（a）纳米CL-20；（b）纳米HNS、纳米CL-20和HNS/CL-20微球。
图7.原料和HNS/CL-20微球的FT-IR光谱。
图8.原料和HNS/CL-20微球的DSC和TG曲线：（a）纳米HNS；（b）纳米CL-20；（c,d）HNS/CL-20微球。
图9.N和HNS/CL-20微球的休止角：（a）纳米HNS；（b）纳米CL-20；（c）HNS/CL-20微球。
图10.原料和微球的燃烧行为：（a）纳米HNS；（b）纳米CL-20；（c）HNS/GAP（3%）微球。
图11.HNS/CL-20微球的燃烧。
图12.HNS/CL-20微球燃烧机理图。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.partic.2023.06.008
