眾所周知，鋁粉在熱氧化過程中出色的體積放熱比。然而，釋放的能量往往受到粉末的致密表面氧化物（Al2O3）層的限制。因此，提高鈍化鋁粒子反應性的先決條件是從表面去除氧化鋁膜。近日，來自韓國材料科學研究所（KIMS）和慶北大學（Kyungpook National University）的科研人員公布了鎳鋁自蔓延熱合成（SHS）的研究結果，相比鎳鋁粉末的簡單混合，用鎳包覆替代氧化鋁層可提供額外熱能。相關報告發表在《自然》（nature）官網。

一般來說，鋁粉的氧化放熱速率隨粒徑的減小而增加。但同時，納米級鋁粉則會因為氧化鋁含量上升而導致放熱能減小。比如，粒徑30nm的鋁粉中活性鋁的占比＜50%。這是因為表面氧化層通常為4nm，氧化鋁含量會歲粒徑減小而不斷上升。因此，考慮到放熱速率和放熱總量兩個方面，實際應用中往往需要選擇1-10μm的微米和亞微米級的鋁粉。但此前并沒有報道，通過直接將鎳材料涂層到細小的鋁顆粒上來改善放熱反應性。原因在于涂層過程中很難阻止鋁粉二次氧化，因此往往會形成鎳/氧化鋁/鋁的夾心界面，而不是所需的鎳/鋁界面。

該研究選擇5μm粒徑的鋁粉為研究對象，涂層為200nm厚度，鎳為主要成分，此外還包括重量比14%的磷（14wt%P）。研究分析了鎳-鋁復合粉體的微觀結構，重點是鎳/鋁兩種材料直接接觸的界面形態。并與氧化鋁鈍化的鋁粉末簡單摻入200nm鎳粉末的熱化學行為進行了比較。

（a）用NaOH蝕刻溶液去除表面氧化物的示意圖，在鋁顆粒上形成鎳層，并在其表面上分散有納米級凹坑。（b）合成鎳/鋁顆粒的表面形態。（c）顯示O、Al、Ni和P分布的EDS圖。

試驗結果顯示，該鎳鋁粉末的放熱能比未涂層鋁粉高1.5倍。該方法不僅可用于開發反應性能增強的先進含能材料，還可用于闡明氧化機理，利用SHS反應在活性金屬粉末中的作用。

包括粉末制備等在內的詳細內容參見原文。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41598-018-36760-y

YUXI 編譯