具有杀菌作用的碘酸钙基含能微球的制备及燃烧性能调节方法

本发明涉及含能材料领域，特别涉及具有杀菌作用的碘酸钙基含能微球的制备及燃烧性能调节方法。

背景技术：

1、环境中的细菌给人类健康带来越来越严重的威胁，传统的灭菌方法，如加热灭菌法、紫外灭菌法等，存在灭菌所需时间长、灭菌效率低等弊端。纳米铝热剂燃烧时，火焰温度可高达3000k，且能在短时间内形成高温高压环境，使其在生物杀菌领域存在良好的应用前景。碘酸盐或者碘氧化物在铝热剂体系中既可充当灭菌剂又可当做氧化剂，如i2、agio3、i2o5、bi(io3)2等，在产生高温高压的同时释放杀菌性气体，从而增强灭菌效果。与基于金属氧化物的铝热体系相比较，基于碘酸盐的铝热体系能量特性也更加优异，因而，含碘纳米铝热剂受到了极大关注。

2、近年来，研究人员一直致力于如何提高具有杀菌特性铝热剂的的碘含量，以此增强杀菌效果。haiyang wang等人在al/cuo中添加i2以实现杀菌作用，i2含量最高可达40wt％，随后又将i2加入至al/pvdf含能薄膜中，i2含量最高可达67wt％，但随着i2含量的增加，铝热剂燃烧性能大大降低(combustion and flame,162(2015):2823-2829；combustionand flame,197(2018):120-126)。而通过增强铝热剂中燃料与氧化剂之间的结合紧密度，缩短反应中的传热传质距离，可提高铝热剂的能量特性。利用静电喷雾技术，以含碘盐或氧化物等为氧化剂，在铝热体系中加入少量的粘结剂，构成各组分结合紧密、分布均匀的铝热剂微球，利用粘结剂分解产生的气体，降低铝粉的反应烧结程度，提高体系的能量释放速率和火焰温度，并且降低点火温度。因而亟需研究利用静电喷雾法提高具有杀菌特性含能微球燃烧性能调节方法，尤其是增强含能微球燃烧性能的方法。为此，我们提出具有杀菌作用的碘酸钙基含能微球的制备及燃烧性能调节方法。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供具有杀菌作用的碘酸钙基含能微球的制备及燃烧性能调节方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明以碘酸钙(ca(io3)2)为含能微球中的氧化剂，利用其燃烧时释放含i2蒸气达到杀菌作用。本发明的目的在于提供具有杀菌作用的ca(io3)2基含能微球的制备及燃烧性能调节方法，采用静电喷雾工艺实现ca(io3)2基含能微球的制备，利用调整化学计量比(φ)、构建双燃料体系、调节纳米si含量及粒径4种方法，从而实现了ca(io3)2基含能微球燃烧性能的调节。

3、本发明中的具有杀菌作用的碘酸钙基含能微球的制备及燃烧性能调节方法，具有杀菌作用的ca(io3)2基含能微球的制备及燃烧性能调节方法，所述ca(io3)2基含能微球的具体制备步骤如下：

4、第一步：将20mg pvdf加入至5ml的玻璃瓶中，并加入混合溶剂中并置于35℃烘箱中；

5、第二步：待pvdf完全溶解后加入亚微米ca(io3)2，并用丙酮冲洗玻璃瓶内壁，在700rpm下磁力搅拌10min后超声处理30min，接着加入纳米al粉，并用丙酮冲洗玻璃瓶内壁，随后将前驱液在在700rpm下磁力搅拌10min初步混合，再超声处理1h，最后将前驱液在在700rpm下磁力搅拌18h待用。

6、第三步：将前驱液吸入5ml的注射器中并安置在注射泵上，装上针头(内径0.43mm)。使用干净铝箔作为接收板，针头和接收板之间的距离为10cm，电压为15kv，开启微注射泵，注射速度为1.5ml/h，前驱体溶液在高压静电场中运动并沉积在铝箔上，经在通风橱内干燥12h后得到ca(io3)2基含能微球。

7、所述ca(io3)2基含能微球燃烧性能调节方法，可通过改进上述第二步实现，具体方法为在上述第二步中调整al与ca(io3)2的φ，或使用除al以外的另一种燃料构建出双燃料体系、或以al和si为燃料并调节纳米si含量，或以al和si为燃料并调节纳米si的粒径实现。

8、优选地，第一步中，所述混合溶剂为n，n-二甲基甲酰胺(dmf)和丙酮，且dmf和丙酮的体积比为3:1；

9、优选地，第二步中，所述的亚微米ca(io3)2为采用机械化学法或高速球磨法制备，粒径在0.5-2.0μm，所述纳米铝粉粒径为50nm，活性含量为80％；

10、优选地，第二步中，所述的前驱体溶液由pvdf、ca(io3)2、al及其他燃料组成，所述前驱体溶液配置时所用固体总质量为400mg；

11、优选地，第一步和第二步中，所述前驱体溶液中dmf和丙酮的总体积为1.2ml且dmf和丙酮的体积比为1:3；

12、优选地，在所述ca(io3)2基含能微球燃烧性能调节方法中，所述方法之一除调整al与ca(io3)2的化学计量比外，所述其余方法各组分φ均为1且均按式1-5进行计算；

13、10b+3ca(io3)2→5b2o3+3cao+3i2 (1)

14、5si+2ca(io3)2→5sio2+2cao+2i2 (2)

15、5ti+2ca(io3)2→5tio2+2cao+2i2 (3)

16、2ta+ca(io3)2→ta2o5+cao+i2 (4)

17、2al+3c2h2f2→2alf3+6c+3h2 (5)

18、优选地，在所述ca(io3)2基含能微球燃烧性能调节方法中，所述方法之一调整al与ca(io3)2的化学计量比中，所述al与ca(io3)2的φ范围为1.0-3.0；

19、优选地，在所述ca(io3)2基含能微球燃烧性能调节方法中，所述方法之一燃料构建出双燃料体系中，除al粉外，所述另一种燃料为b、ti、ta或si，且b、ti、ta或si与al粉的质量比为1:9；所述b粉的平均粒径为500nm，所述ti的平均粒径为50nm，所述ta的平均粒径为50nm，所述si的平均粒径为6nm；

20、优选地，在所述ca(io3)2基含能微球燃烧性能调节方法中，所述方法之一以al和si为燃料并调节纳米si含量中，所述纳米si的平均粒径为6nm，活性含量为65％，纳米si在al/si体系中质量分数为1.5-15％；

21、优选地，在所述ca(io3)2基含能微球燃烧性能调节方法中，所述方法之一以al和si为燃料并调节纳米si的粒径中，所述纳米si在平均粒径范围为5-500nm。

22、本发明的优点和有益效果在于：本发明提供具有杀菌作用的碘酸钙基含能微球的制备及燃烧性能调节方法，具有以下优点：

23、1、本发明基于静电喷雾技术，所得含能微球粒径均匀，分散性好，使含能微球各组分紧密结合，减少各组分间的传质和传热距离，增强组分间的反应速率，从而提升了ca(io3)2基含能微球的燃烧特性；

24、2、本发明所提出的含能微球燃烧特性调节方法建立在静电喷雾技术基础上，无需额外增加设备，原料易得，操作简便，在提升燃烧特性的同时，实现了高温高压及i2蒸气多重杀菌效果，克服了目前灭菌技术所需时间长、灭菌效率低等弊端；

25、3、本发明提出了多种含能微球燃烧特性调节方法，能量调节范围广，适用性强，可广泛应用于多种铝热剂材料的能量调控。