本發(fā)明涉及納米流體燃料，尤其涉及一種以金屬碳化物為添加劑的納米流體燃料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、高性能液體燃料被廣泛應(yīng)用于航空航天及國防領(lǐng)域，其質(zhì)量熱值、密度等能量特性對發(fā)動機及飛行器的性能有顯著影響。采用人工化學(xué)合成和燃料復(fù)配等途徑，研究人員成功制備出了jp-10、rj-4、rj-5等一系列高密度液體碳氫燃料(密度達到0.9g/ml)。然而，隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的液體碳氫燃料面臨著能量密度進一步提升的瓶頸問題。在液體碳氫燃料中添加具有高體積熱值的高含能納米顆粒形成納米流體燃料被認(rèn)為是最具有應(yīng)用前景的解決方案之一。

2、目前，納米流體燃料大多采用硼(b)、鋁(al)、鎂(mg)等納米金屬或金屬氧化物作為固相添加劑。金屬作為高含能添加劑具有熱值高(能量密度大)、導(dǎo)熱率大(點火延遲時間短)、來源廣泛等優(yōu)點。中國專利cn108456558a公開了一種以納米al粉為添加劑的納米儲能燃料及其制備方法，并提出利用具有特殊結(jié)構(gòu)的高能有機含硼化合物來改善燃料的點火燃燒性能。中國專利cn116891765a公開了一種以二硼化鎂為添加劑解決現(xiàn)有納米流體的穩(wěn)定性和點火燃燒性能較差的技術(shù)方案。中國專利cn111117712a發(fā)明了一種能顯著提升液體生物乙醇燃料能量密度的方法，所制備納米流體燃料具有高穩(wěn)定性和良好點火燃燒性能，該納米流體燃料包括質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1-20％的固體含能納米顆粒、質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1-3％表面活性劑，其余為液體燃料，所述固體含能納米顆粒為納米鋁、納米硼中的一種或兩種。

3、雖然高含能納米金屬顆粒已被廣泛應(yīng)用于顯著提升液體燃料的能量密度，并改善液體燃料的點火延遲時間等燃燒特性，但是金屬納米流體燃料也有其明顯的缺陷，即由于顆粒上存在的非能氧化物鈍化層，以及燃燒過程中產(chǎn)生的固體氧化物反應(yīng)產(chǎn)物，導(dǎo)致燃料的燃燒釋熱過程受到嚴(yán)重影響。因此，亟需發(fā)展一種以新型高含能固體顆粒為添加劑的納米流體燃料及其制備方法，改善燃料的燃燒效率及做功能力。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種以金屬碳化物為添加劑的納米流體燃料及其制備方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中液體燃料能量密度不足以及傳統(tǒng)含能納米金屬顆?；蚪饘傺趸镱w粒表面氧化和燃燒產(chǎn)物影響燃料燃燒釋熱過程的技術(shù)問題。

2、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種以金屬碳化物為添加劑的納米流體燃料，納米流體燃料包括液體燃料、金屬碳化物和表面活性劑，金屬碳化物和表面活性劑均勻分散在液體燃料中，其中，金屬碳化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％～40％，表面活性劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％～15％，其余為液體燃料。

3、進一步地，金屬碳化物的粒徑為50～500nm。

4、進一步地，金屬碳化物為碳化硼、碳化鋁中的一種或兩種組合。

5、進一步地，表面活性劑為硬脂酸、油酸、檸檬酸蓖麻油酸、失水山梨糖醇脂肪酸酯、山梨糖醇酐三油酸酯、吐溫-80中的一種或幾種。

6、進一步地，金屬碳化物與表面活性劑的質(zhì)量比為1:a，其中，a的取值范圍為1～3。

7、進一步地，液體燃料為碳氫液體燃料。

8、進一步地，液體燃料為掛式四氫雙環(huán)戊二烯。

9、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制備本發(fā)明前述提出的納米流體燃料的方法，方法包括：

10、s1，確定液體燃料、金屬碳化物和表面活性劑種類；

11、s2，向液體燃料中加入表面活性劑，混合均勻后，得到納米流體燃料的混合基液；

12、s3，向s2得到的混合基液中加入金屬碳化物，混合均勻后，得到均勻分散的納米流體燃料。

13、進一步地，s2中的混合方式為恒溫條件下超聲振蕩混合，超聲振蕩混合溫度為15±5℃，超聲振蕩混合時間為20-30min。

14、進一步地，s3中的混合方式為恒溫條件下超聲振蕩混合，超聲振蕩混合溫度為15±5℃，超聲振蕩混合時間為20-30min。

15、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：

16、(1)本發(fā)明的納米流體燃料，其金屬碳化物添加劑在燃燒時產(chǎn)生的二氧化碳能夠有效破壞顆粒表面的氧化物薄層，暴露更多活性表面，使其更容易與氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而加快燃燒反應(yīng)速率，提升燃燒效率，不僅能夠增強燃料的燃燒性能，還能有效提高燃燒室的熱效率，減少能量損耗，進而提升發(fā)動機推力；

17、(2)本發(fā)明的納米流體燃料，其金屬碳化物添加劑燃燒時產(chǎn)生的氣體將會引發(fā)微爆炸、二次霧化等過程，極大地促進了液滴能量的釋放，液滴破碎形成大量的子液滴，增加了液滴蒸發(fā)的比表面積，加快了燃料的蒸發(fā)速率，同時微爆炸過程也讓更多的納米顆粒得以與空氣接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)釋放大量的熱量，這些燃燒釋放的熱量進一步加快了液滴蒸發(fā)燃燒速率；

18、(3)與現(xiàn)有高含能納米金屬顆粒相比，金屬碳化物具備更強的抗氧化能力和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠避免在高溫環(huán)境下的氧化，保證顆粒在燃燒過程中的持續(xù)反應(yīng)性，同時，在燃料儲存過程中，金屬碳化物能夠保持更高的有效組分含量，減少氧化或沉降現(xiàn)象的發(fā)生，延長燃料的存儲壽命；

19、(4)本發(fā)明的納米流體燃料相較于液體燃料，能量密度顯著提升，燃燒釋熱性能顯著增強，且燃料制備方法簡單，可大量制備。

技術(shù)特征：

1.一種以金屬碳化物為添加劑的納米流體燃料，其特征在于，所述納米流體燃料包括液體燃料、金屬碳化物和表面活性劑，所述金屬碳化物和所述表面活性劑均勻分散在所述液體燃料中，其中，所述金屬碳化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％～40％，所述表面活性劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％～15％，其余為所述液體燃料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米流體燃料，其特征在于，所述金屬碳化物的粒徑為50～500nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米流體燃料，其特征在于，所述金屬碳化物為碳化硼、碳化鋁中的一種或兩種組合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米流體燃料，其特征在于，所述表面活性劑為硬脂酸、油酸、檸檬酸蓖麻油酸、失水山梨糖醇脂肪酸酯、山梨糖醇酐三油酸酯、吐溫-80中的一種或幾種。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米流體燃料，其特征在于，所述金屬碳化物與所述表面活性劑的質(zhì)量比為1:a，其中，a的取值范圍為1～3。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米流體燃料，其特征在于，所述液體燃料為碳氫液體燃料。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的納米流體燃料，其特征在于，所述液體燃料為掛式四氫雙環(huán)戊二烯。

8.一種制備權(quán)利要求1至7中任一項所述的納米流體燃料的方法，其特征在于，所述方法包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，s2中的混合方式為恒溫條件下超聲振蕩混合，超聲振蕩混合溫度為15±5℃，超聲振蕩混合時間為20-30min。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，s3中的混合方式為恒溫條件下超聲振蕩混合，超聲振蕩混合溫度為15±5℃，超聲振蕩混合時間為20-30min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種以金屬碳化物為添加劑的納米流體燃料及其制備方法，該納米流體燃料包括液體燃料、金屬碳化物和表面活性劑，金屬碳化物和表面活性劑均勻分散在液體燃料中，其中，金屬碳化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％～40％，表面活性劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％～15％，其余為液體燃料。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，以解決現(xiàn)有技術(shù)中液體燃料能量密度不足以及傳統(tǒng)含能納米金屬顆粒或金屬氧化物顆粒表面氧化和燃燒產(chǎn)物影響燃料燃燒釋熱過程的技術(shù)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：張航,李在政,黃雪峰,李盛姬,徐翕如,韓宇軒,李智欣,湯龍生
受保護的技術(shù)使用者：北京空天技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/7