南京理工大学化工学院军事化学与烟火技术张文超

baiyangdian

姓名：张文超  性别:男  出生年月：1977-2-1
职称：副研究员  办公电话：84315515   导师类别：硕士生导师
电子邮件：zhangwenchao303@yahoo.com.cn
工作单位：化工学院
最后学历：研究生毕业最后学位：博士
最后毕业学校：南京理工大学毕业专业：082604军事化学与烟火技术毕业时间：
◇主学科研究方向：
二级学科名称（主）：军事化学与烟火技术硕士学科学科代码：082604
1、先进点火器件制备2、纳米含能材料制备及表征3、气体发生剂及其应用小组主页:http://zhangwenchao303.blog.163.com/
◇学术任职：
江苏省颗粒学会理事，中国兵工学会会员
◇学术成就：
作为项目负责人主持了6项国家和省部级项目，到账经费200多万元，目前已结题5项。发表文章28余篇，其中SCI收录9篇、EI收录6篇、ISTP收录1篇。
◇目前从事的研究内容、承担和科研项目及经费：
1.国家自然科学基金：含能半导体桥的原位制备及发火机理原理20万2.总装：微电子xxxx技术100万3.总装：含能桥膜xx技术40万4.国防科工委：火工品xxx技术60万5.总装基金：含能半导体xx技术20万6.重点实验室基金：复合半导体桥xxx机理研究20万7.中国博士后科学基金：多孔核/壳纳米铝热薄膜的模板法制备及燃烧性能研究5万8.HZY青年基金：多气孔发射药xxxx工艺研究4万

shadan

近日，我校化学与化工学院张文超教授团队在含能材料领域接连取得进展，相关内容先后发表在SCI期刊Small上。其中，针对绿色起爆药叠氮化铜静电敏感问题，利用电化学方法实现了多孔碳封装纳米铜源的叠氮化，整个过程简单高效，提高了叠氮化铜的静电安全性，推动叠氮化铜含能材料的应用。博士后俞春培为第一作者，张文超为通讯作者。文章链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202107364。另外，针对痕量TNT超灵敏检测的难题，设计和构建了高度均匀和可重复的三维周期性表面增强拉曼光谱（SERS）基底，以对氨基苯硫酚为探针分子检测到了低至飞摩尔10-14M的痕量TNT（相对标准偏差RSD≤3%）。博士生宋长坤是第一作者，张文超为通讯作者。文章链接https://doi.org/10.1002/smll.202104202。
       叠氮化铜是一种高能绿色起爆药，被认为是传统铅基起爆药的潜在替代品。但高静电感度（E50=0.05mJ）给制备及装药过程带来了极大的安全隐患，限制了其应用发展。该工作将多孔碳封装的铜源进行电化学叠氮化，得到多孔碳封装的叠氮化铜（Cu(N3)2/C），方法简单高效，很好的解决了叠氮化铜静电感度高难以应用的问题。
       首先利用阳极氧化制得的Cu(OH)2纳米阵列，采用配体置换、高温热解得到Cu2O/C薄膜，并通过电化学叠氮化，最终制得Cu(N3)2/C薄膜。其中Cu(N3)2纳米晶体均匀地分布在碳骨架，可以有效地避免叠氮化物纳米晶体的团聚、碰撞，同时碳骨架又可以促进表面电荷转移，避免静电荷积累，从而提高叠氮化铜的静电安全性。DSC-TG结果表明，随着叠氮化反应时间的增加，含能薄膜内的叠氮化物含量明显增加，伴随着热分解反应的放热量持续升高（945-2090J·g-1）；激光点火试验显示，当激光作用在Cu(N3)2/C含能薄膜表面时，整个含能薄膜瞬间被引爆并发出明亮的火焰，同时传来猛烈的爆炸声。与此同时，Cu(N3)2/C薄膜的静电安全性得到了较大提升，其中叠氮化反应时间为20min的Cu(N3)2/C薄膜的50%发火能量提升至0.9mJ，与Cu(N3)2粉末相比提升了18倍。此外，通过密度泛函理论计算发现，Cu2O中的Cu+容易发生电化学氧化生成Cu2+，并且电化学氧化生成的Cu2+更容易和N3-结合生成Cu(N3)2，与实验相符。

图1 Cu(N3)2/C薄膜的制备流程图

图2 周期性硅纳米棒SERS基底的设计与优化

另一方面，SERS由于其超灵敏性、优异的选择性和快速检测能力等优点已成为探测表面分子构型的强有力手段之一。但是高增强因子通常伴随着SERS信号的均匀性和重现性较差，严重制约了SERS的实际应用。该工作通过超声喷雾方式在空气/水界面组装单层聚苯乙烯微球模板、纳米微球刻蚀技术设计和构建三维周期性SERS基底等手段解决了以上难题。在镀银后，采用对氨基苯硫酚（4-ATP）修饰硅纳米棒表面Ag颗粒用于捕获溶液中的TNT分子，然后以TNT作为分子桥将4-ATP修饰过的纳米银溶胶吸附在纳米棒表面，形成类“三明治”结构。由于硅纳米棒表面Ag颗粒与Ag溶胶之间几乎是分子水平，“热点”密度和强度急剧增加，导致SERS信号灵敏性非常高，即使TNT浓度低至飞摩尔10-14M级别，SERS信号依然十分明显。与此同时，三维周期性的硅纳米棒阵列结构非常有利于“热点”均匀地排布，这直接导致Raman信号的高度均匀性和可重复性(相对标准偏差RSD≤3%)。