氧化石墨是石墨经过深度液相氧化后得到的一种层间距远大于石墨的层状化合物，首次于1860年由Brodie提出的化学氧化法制得［3］。氧化石墨是层间距为 0.7～1.2nm的准二维层状结构，层内以强共价键结合，而层间通过各种含氧官能团以弱的氢键相链接，该特点则决定了氧化石墨在经过超声处理之后很容易在水溶液或有机溶剂中剥离分散开来，从而形成均匀的单层氧化石墨烯溶液。氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物，其片层上随机分布着羟基和环氧基，而在单片的边缘又引入了羧基和羰基，这使得GO不需要表面活性剂就能很好在水中均匀分散，有效地解决了石墨烯具有的疏水性能问题。

1.2  铝热剂概述

复合含能材料是由固体氧化剂和燃料物理混合而形成，其能量释放速度取决于化学反应速度和反应物间的质量传输速度［4］。但由于传统的复合含能材料颗粒较大，反应物之间的反应速度先于质量传输速度，即使有较高的能量密度，但能量的释放速度却很慢或释放不完全。

早期，铝热剂主要由Al粉和Fe2O3按照一定的比例配制而成的混合物，用作引燃剂点燃时可以生成Al2O3和Fe并释放大量的热。如今也用某些金属氧化物（V2O6、Cr2O3、MnO2等）代替Fe2O3，然后按照一定的比例配成混合物也称作铝热剂。虽然铝热剂有相当高的能量密度，但是较慢的燃烧速度使其能量释放速度比分子含能材料（TNT和NG）慢的多，因此限制了其应用。2000年，美国能源部、国防部下属的各实验室和研究中心以及俄罗斯科学院的专家提出了亚稳态分子间（纳米）复合含能材料的概念［5］，即由两种或多种非炸药类固体物质组成、以纳米级（或分子级）的紧密混合为基础的亚稳态材料。亚稳态纳米复合含能材料在化学动力学上稳定，在外界刺激的作用下却会引发剧烈的化学反应，进而释放出以热能为主的巨大能量。目前用于制备亚稳态纳米复合含能材料的方法主要有：高能球磨法、溶胶-凝胶法、溶剂-非溶剂法、冷冻干燥法和自组装法。例如，Schoenitz［6］等人用高能球磨机分别制备了Al-FeO3和Al-MoO3亚稳态复合材料，研究发现，二者的活化能均低于普通物理共混法制备的复合材料，达到（175±25）kJ/mol和（152±19）kJ/mol；而采用自组装法可以将复合含能材料燃料粒子有序地排列在氧化剂周围，使复合物获得最高的热点密度和更快的燃烧速率。当复合含能材料为纳米级时有助于反应物间的质量传输速度的提升，克服能量释放慢的缺点。因此，考虑将铝热剂中的还原剂和氧化剂颗粒尺寸缩小到纳米尺度可以使其燃烧性能有显著提高［7］。就Al-CuO纳米复合体系而言，Al和CuO具有较高的能量密度和气体生成量，但由于反应速率慢而且难以点燃，只有将两者有效复合在一起，才能发挥其潜在的效能。例如，Shende等［8］人以PEG为模板制备的CuO纳米棒和纳米线与纳米Al用超声波混合和自组装法结合形成Al-CuO复合材料，其最高燃速可达2400m/s，这在已知含能材料中是最快的。

1.3  研究意义及研究内容

1.3.1  研究意义

氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物之一，在石墨烯片层上及边缘上含有大量的羟基、羧基和环氧基含氧官能团，因而具有丰富的表面特性，且在不同溶剂中能够稳定分散，使其成为合成新的纳米复合材料提供极大的潜能［9］，常见的氧化石墨烯复合材料有聚合物/氧化石墨烯纳米复合材料、金属/氧化石墨烯复合材料、金属氧化物/氧化石墨烯复合材料等。

氧化石墨烯因其片层表面大量的含氧基团而带负电荷，使得其表面的活性增大，从而使带正电荷的阳离子很容易进入层间，撑大层间距，使聚合物和无机纳米粒子的负载成为可能。而氧化石墨烯片层上的含氧基团易发生热分解反应，使得GO只需吸收很少的热量，就能引发热脱氧过程，释放巨大的热量。氧化石墨烯片层上含氧基团分解放出的热量进一步引发纳米Al和CuO的氧化还原反应，则能使含能体系输出更大的能量。若Al和CuO纳米粒子能够均匀得负载在GO片层表面，则能够有效提高氧化剂和燃料的接触面积及分布均匀性，有利于进一步提高含能材料的能量释放速率，发挥含能材料本身最大的做功潜能。因而考虑将Al和CuO纳米粒子均匀得负载在GO片层上，可以得到一类新型微纳米结构的复合含能材料。 纳米Al-CuO氧化石墨烯复合含能材料的制备与热化学性能研究(2):http://www.chuibin.com/huaxue/lunwen_206064.html