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近年来利用静电喷雾法制备含能材料已得到广泛的关注与迅猛的发展。本文首次以纳米铝粉(n-Al)为高能活性还原剂，聚偏氟乙烯(PVDF)作为n-Al的反应性粘合剂，采用静电喷雾法制备了n-Al和PVDF的薄膜和微球。n-Al具有比微米铝粉(μ-Al)更高的比表面能和反应活性，可以改善含能材料的点火和显著提高含能材料的能量释放速率。但是，n-Al易被氧化而且在含能材料加工过程中易出现团聚，这些都严重影响含能材料的性能。聚偏氟乙烯(PVDF)是一个优良的具有一定强度的粘合剂，同时还是强氧化剂，当作为含能材料粘合剂，既保证了含能材料的能量特征又能提高含能材料的强度。静电喷雾法具有常规含能材料制备方法不具有的许多优点，从而预期可以解决n-Al在含能材料中的团聚问题，并保持n-Al的反应活性。另外，n-Al和PVDF的薄膜还将为3-D打印固体推进剂提供一定的技术基础。本文主要对n-Al/PVDF含能材料薄膜和微球的制备、反应机理和性能等进行了深入的研究。 (1)采用低升温速率的热分析技术(TG-DSC)研究了PVDF、n-Al/PVDF和μ-Al/PVDF的热行为，应用Kissinger法对n-Al/PVDF的热分解动力学进行了计算，并利用TG-MS技术对PVDF和n-Al/PVDF的降解产物进行了鉴定和分析。结果显示添加n-Al和μ-Al进入PVDF中使得PVDF提前分解，其实质是n-Al和μ-Al的表面氧化层和PVDF熔融生成的含氟粒子发生反应，生成具有催化性的氟化铝而使得PVDF分解提前。在主分解阶段，n-Al和PVDF的分解产物发生反应并放出大量热量，而没有明显观察到μ-Al和PVDF分解产物的反应。n-Al/PVDF的动力学过程可分为四步，各步表观活化能分别为137.4kJ·mol-1、182.9kJ·mol-1、163.6kJ·mol-1和170kJ·mol-1。相比于PVDF的产物，n-Al/PVDF的产物中有H2O和H2的生成，从而验证了n-Al表面氧化层参与了反应。并且n-Al使得PVDF的分解产物中含氟化合物离子质谱峰的强度减弱和种类减少。 (2)采用温度快速突跃/飞行质谱研究了PVDF和n-Al/PVDF在高升温速率(440000K·s-1)下的分解，利用NASA的CEA计算程序预测了n-Al/PVDF产物摩尔分数随温度的变化，利用静电喷雾法制备了n-Al/PVDF均匀包覆铂金丝的样品，并测试了n-Al/PVDF在不同气氛和压力下的点火温度。飞行质谱结果显示，PVDF在1.2ms时开始分解，产生大量含氟化合物。而n-Al/PVDF的反应分为几个阶段进行，第一步发生在0.4ms时，此时刻PVDF熔融，熔融后的PVDF和纳米铝粉表面氧化层发生了反应;第二步发生在0.9ms，此时刻为PVDF的分解，对比PVDF在1.2ms分解，说明添加n-Al使得PVDF在此实验条件下提前分解;第三步发生1.5ms，此时刻n-Al熔化并挥发，挥发的Al和四周远离铂金丝的熔融态PVDF发生反应;第四步发生在2.7ms时，此时刻液态Al挣脱表面氧化层的束缚而挥发，挥发的Al和表面氧化层的H2O发生反应。CEA计算结果显示，在Al熔化前，反应主要是n-Al的表面氧化层和熔融的PVDF发生反应，产物主要有H2O、CO2、HF、AlF3和含氟物质。在Al熔融后，此时Al为液态，随着温度的升高液态铝减少而气态铝增加，产物主要有H2、AlF、CO2、C和含氟物质等。各物质的摩尔分数随温度的变化和飞行质谱结果基本一致。点火温度测试结果显示，n-Al和PVDF在空气中比在氩气中反应更加剧烈，其点火温度随着气体压力的增加而降低。 (3)采用静电喷雾法制备了不同n-Al含量的n-Al/PVDF含能薄膜，研究了实验参数对薄膜形貌的影响，并对膜的厚度、力学性能、孔隙率、密度和在不同气氛下的燃速进行了研究。实验结果得出当电喷液流速为1.5mL·h、电压为20kV、接收距离为5cm和向前驱液中加入少量的高氯酸铵时，制得的薄膜材料表面平整，而当n-Al含量增加到66.7％时，膜表面有沟壑。制得的三种n-Al含量的膜的厚度达到175μm，n-Al均匀地分布在PVDF基体中。力学性能测试结果显示添加少量n-Al(16.7％)制得的薄膜其综合力学性能比纯PVDF膜的性能好，然而继续增加n-Al的含量，膜的力学性能变差。孔隙率和密度计算结果显示，随着n-Al含量的增加其密度减小而孔隙率增大。膜的燃速测试结果显示，含50％n-Al的薄膜在空气下的燃速最快（23cm·s-1），而含30％n-Al的薄膜在氩气下的燃速最快(11cm·s-1)。 (4)采用静电喷雾的方法制备了n-Al/PVDF微球(PVDF含量分别为5％、10％和15％)和不同n-Al含量的n-B/Al/PVDF微球（PVDF含量为10％），研究了制得的微球颗粒的形貌，并对微球在氧化性气氛下的热性能和在空气下的燃烧性能进行了测试。结果显示制得的微球颗粒直径大小分布在1μm-5μm。对n-Al/PVDF微球，当PVDF含量为15％时，制得的微球颗粒中存在有高聚物纤维。对于n-B/Al/PVDF微球，当n-Al含量增加时，制得微球的形貌变得规则。热性能结果显示，所有n-Al/PVDF微球相较于n-Al具有更好的热稳定性，并且一旦热反应开始反应更加剧烈。对于n-B/Al/PVDF微球，结果发现当制备的复合微球中不含n-Al或是n-Al含量过少（如含10％n-Al）时，复合微球的反应活性低于n-B的反应活性，而当复合微球中的纳米铝粉含量增高时，复合微球的反应活性增加。空气下的燃烧测试显示，所有n-Al/PVDF微球燃烧都比n-Al的剧烈，并且随着PVDF含量的增加而燃烧越剧烈。而n-B/Al/PVDF微球中，不含n-Al和低含量（10％和30％）n-Al的微球都不能在试验条件下燃烧。而含50％和70％n-Al的n-B/Al/PVDF微球都能燃烧，并且燃烧剧烈并发出强烈的光，并在燃烧过程中观察到了硼在氧气中燃烧特有的绿色火焰，表明n-B在燃烧测试过程中发生了燃烧。并且n-Al和n-B在燃烧过程中生成了AlB2。