金属纳米颗粒对CL-20激光起爆阈值的解耦机制：热-光-等离子体协同作用解析

本文系统研究了Al、Ti、Al-Mg合金等金属纳米颗粒对2,4,6,8,10,12-六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）激光起爆性能的调控机制。通过反射光谱（UV-VIS-NIR）、激光诱导击穿光谱（LIBS）等多维表征，揭示Al纳米颗粒可将起爆阈值从3.611 J/cm2显著降至0.610 J/cm2，并提出等离子体相变-热点形成-反应前沿扩展的三阶段热起爆模型，为高能材料的光敏化设计提供理论依据。

　　

亮点

金属纳米颗粒通过独特的等离子体-热-光协同效应，显著降低高能材料的激光起爆能量阈值。其中Al纳米颗粒表现最优，其1%质量分数即可将CL-20起爆阈值降低83%。

样品制备

实验采用粒径200 nm的近球形Al、Ti、Ni及400 nm的Zr纳米颗粒（广州鸿武材料技术有限公司提供），与50 μm单分散ε-CL-20通过溶剂蒸发法复合。

紫外-可见-近红外光谱

CL-20在1064 nm处反射率高达94.6%，而金属纳米颗粒使其全波段吸光能力显著提升。Al复合体系在近红外区呈现"黑洞效应"，吸光度达纯CL-20的135倍。

红外热成像分析

Al/CL-20在激光辐照下产生直径15 μm的局域高温区（ΔT>300℃），而Ti因等离子体屏蔽效应导致热扩散范围扩大3倍。

激光诱导等离子体光谱

Al复合体系等离子体持续时间（8.2 μs）远超其他体系，其连续辐射光谱强度与起爆阈值呈负相关（R²=0.91）。

差示扫描量热

Al-Mg合金在CL-20分解温度（242℃）附近出现249℃吸热峰，揭示其较差的敏化性能（1.962 J/cm²）与吸热反应直接相关。

结论

研究提出三阶段作用机制：1）等离子体相变伴随能量屏蔽；2）微观热点形成；3）反应前沿扩展。该框架为激光敏感含能材料设计提供了关键指导。