喷雾法制备AP@AO核壳含能复合材料及其对AP低温分解与燃烧速率的协同抑制效应

【编辑推荐】针对传统燃烧速率抑制剂AO易团聚导致抑制效率下降的问题，研究人员通过喷雾法构建AP@AO核壳结构含能复合材料。研究表明，AO均匀包覆AP可显著延迟AP低温分解（LTD）并催化高温分解（HTD），使推进剂燃烧速率降低16.7%。该研究为固体推进剂燃烧调控提供了新策略。

　　

固体火箭发动机的性能很大程度上取决于复合固体推进剂（CSP）的燃烧行为，其中燃烧速率是决定导弹射程和机动性的关键参数。然而，传统燃烧速率抑制剂草酸铵（AO）因易团聚导致与氧化剂高氯酸铵（AP）接触面积不足，抑制效率受限。这一问题严重制约了巡航导弹等需要长时间稳定推力的应用场景。为此，中国某高校研究团队创新性地采用喷雾法制备具有核壳结构的AP@AO含能复合材料，相关成果发表在《Fuel》上。

研究团队通过分子模拟筛选溶剂体系，采用喷雾法实现AO在AP表面的均匀包覆。利用SEM、XRD、XPS表征材料形貌，结合TG-DSC-MS-IR联用技术分析热分解行为，并通过燃烧实验验证推进剂性能。

材料制备与表征
喷雾法成功制备的AP@AO复合材料中，AO以纳米级厚度（约200nm）紧密包覆AP颗粒，XRD显示AP晶型未改变，XPS证实表面元素组成符合核壳结构特征。

热分解行为分析
AO使AP的低温分解峰延迟1-10°C，高温分解峰提前1-10°C。动力学计算表明，AP@AO的LTD活化能（E_a
）提升至134.5kJ/mol（纯AP为118.7kJ/mol），而HTD的E_a
降低至124.3kJ/mol（纯AP为138.9kJ/mol）。

分解产物调控机制
TG-DSC-MS-IR联用分析发现，AO延缓了N₂
O生成但促进HCl和NO₂
释放。这源于AO分解产生的NH₃
通过勒夏特列原理抑制LTD阶段的质子转移，同时在HTD阶段参与ClO₄
^-
的氧化反应。

推进剂燃烧性能
含5%AP@AO的推进剂燃烧速率降低16.7%，显著优于物理混合组。核壳结构增大了AP/AO接触面积，使NH₃
抑制效率提升3倍。

该研究不仅证实喷雾法可有效构建高性能含能复合材料，更揭示了AO对AP分解的双重调控机制：通过空间位阻效应抑制LTD，利用气相反应催化HTD。这种"时空协同"作用为发展新一代低燃速推进剂提供了理论依据，在导弹续航能力提升和弹道精确控制方面具有重要应用价值。研究团队Gazi Hao等人特别指出，该方法无需复杂设备即可实现工业化生产，其技术路线可拓展至其他含能材料的表面改性领域。