混合炸药爆炸合成纳米二氧化钛及其机理研究

Nanoparticles prepared by explosion method of explosive has been a research focus of explosive working. Firstly, the representative materials (such as titanium sulfate, titanyl sulfate and tetrabutyl titanate) are used to prepare titania nanoparticles by explosion of composite explosives in this project, and from adjusting the radio of different agents,changing explosive types and adding the sensitizer, the various experiments are carried out to explore the control method of crystal structure, grain size and micromorphologies of titania nanoparticles and obtain the experimental data. Secondly, the equation of state of detonation of titania nanoparticles is constructed. Meanwhile,the agglomeration and growth process of titania nanoparticles in the detonation expansion zone are studied by numerical simulation method. Finally, based on the results of experimental and numerical simulations,the law of agglomeration for the as-prepared titania nanoparticles is illustrated during the explosion synthesis process, and the synthesis mechanism of titania nanoparticles is also presented tentatively. This project is expected to provide a scientific basis for the control of the crystal structure and grain size of titania nanoparticles, the microstruture optimization and agglomeration-structure control of titania nanoparticles.It can also provide a technical help to construct the interdisciplinary between the micro-explosion mechanics and chemistry, physics and material science and promote the development of the synthetic technique of nanomaterials by detonation method.

炸药爆炸合成纳米材料已经成为爆炸加工领域一个研究热点。本项目首先以代表性的钛源(硫酸氧钛、钛酸丁酯或硫酸亚钛等)爆炸合成纳米二氧化钛粉体，并从调整药剂配比、炸药种类和添减敏化剂等方面设计多组实验寻求控制爆炸合成纳米二氧化钛的晶型、晶粒度和微结构形貌的方法，取得实验数据；其次，建立数学模型，对含大量的固体二氧化钛粒子的爆轰状态方程，爆轰膨胀区内纳米二氧化钛的团聚与长大过程进行数值模拟分析；最后，结合实验和数值模拟，揭示出爆炸合成过程中纳米二氧化钛粒子的团聚规律，初步建立纳米二氧化钛的合成机理。 本项目将为纳米二氧化钛的晶型和晶粒度控制、微结构的优化和团聚结构的控制等提供科学依据，也为发展爆炸力学与化学、物理和材料学等学科的交叉提供一定的技术参考，将推进爆炸合成纳米技术的应用进程。

炸药爆炸合成纳米材料已经成为爆炸加工领域一个研究热点，对爆炸冲击合成的纳米粉体的理化特性、晶体结构、提纯工艺和合成机理等方面开展深入研究, 有利于推动爆炸冲击合成纳米材料研究的应用进程，同时, 将推动爆轰物理研究从宏观向微细观发展, 对预防石油、化工、厂矿和材料等行业的燃爆事故也会有一定的帮助。我们对上述问题开展了深入的研究。首先以代表性的钛源(硫酸氧钛、硫酸亚钛等)开展一系列的爆炸合成纳米二氧化钛粉体的实验研究，并从调整药剂配比、炸药种类和添减敏化剂等方面设计多组实验基本上得到了控制爆炸合成纳米二氧化钛的晶型、晶粒度和微结构形貌的方法。然后，建立纳米二氧化钛的生长动力学模型，对含大量固体二氧化钛粒子在高温热处理过程中的生长动力学行为进行计算分析；利用爆炸力学相关理论计算模拟了不同成分与配比，不同合成配方的爆炸前驱体的爆轰参数及爆轰反应过程。本项目将为纳米二氧化钛的晶型和晶粒度控制、微结构的优化和团聚结构的控制等提供科学依据，也为发展爆炸力学与化学、物理和材料学等学科的交叉提供一定的技术参考，将推进爆炸合成纳米技术的应用进程。