铝锂（Al-Li）合金凭借其卓越的质量热值、低点火阈值以及独特的微爆燃烧特性，被视为提升固体推进剂比冲的理想高能燃料。然而，由于锂极活泼的化学性质，高锂含量的Al-Li 合金粉末在储存和加工中极易吸湿氧化、严重削弱能量活性，且与推进剂组分相容性差，易引发药柱开裂。以往的包覆策略往往厚度过大、牺牲燃料能量密度，且难以承受固体推进剂制备过程中的高剪切外力。因此，如何在不降低燃料固有反应活性的前提下，协同提升铝锂合金的长期环境适应性、机械耐久性与燃烧释放效率，是当前该领域面临的重大挑战。
针对这一制约Al-Li合金应用的难题，武汉理工大学罗国强教授团队提出了一种创新的“超薄壳层”改性策略。团队以APTES为分子桥，在Al-5Li合金表面引入掺杂纳米SiO2的聚二甲基硅氧烷（PDMS），成功构筑了厚度仅为 29 nm 、均匀的化学锚定双层柔性壳层（Al-5Li@AC@SC）。该策略不仅实现了活性金属含量的长效维持，更保证了推进剂混料加工中的复合粉体结构完整性及推进剂的燃烧性能。相关成果发表于《Fuel》上，论文第一作者为武汉理工大学2024级博士研究生石情文,论文的通讯作者为孙一副教授、湖北航天化学技术研究所史钰。
该研究核心创新点在于：首先，利用 Si-O-Al/Si-O-Li共价键在金属表面形成稳定锚定层，并结合外部柔性PDMS网络和nSiO2的多级粗糙结构，赋予粉体123.8°的超疏水表面，阻断内部锂迁移与外部水汽侵入。其次，在燃烧阶段，该超薄有机壳层凭借高的激光吸收率及早期受热分解释放氧化性气体的机制，诱导燃料粒子发生剧烈的分散沸腾与一/二次微爆破碎。此外，壳层独特的“PDMS-nSiO2”软硬结合结构，赋予了Al-Li基固体推进剂抗机械剪切能力，解决了高能燃料在推进剂浆料高粘度混料固化过程中的界面失效难题。
Fig 1. 不同 Al-5Li 复合粉末的形貌对比。(a) Al-5Li@AC@SC 的制备流程图。(b-d) 分别为 Al-5Li、Al-5Li@AC 和 Al-5Li@AC@SC 的微观形貌图。
Fig 2.Al-5Li@AC@SC 合金粉体储存过程中的吸湿稳定性能。(a) 复合粉体的水接触角测试结果；(b) 粉体储存周期内的形貌演变对比；(c)粉体吸湿增重率对比曲线；(d-e)热稳定性能对比；(f)热值随储存时长的变化规律。
Fig 3.复合粉体燃烧性能对比.(a–c) 氧气气氛下粉体激光点火燃烧全过程图像；(d) 对应 (a–c) 样品燃烧全过程全波段峰值光谱；(e)粉体燃烧过程温度变化曲线；(f) 燃烧热值。
Fig 4.制备所得推进剂的微观形貌与元素表征结果。(a) 推进剂实物照片；(b-c) 推进剂断面三维轮廓形貌；(d) 含 Al-5Li@AC@SC 合金粉体推进剂的形貌及内部单颗合金颗粒微观结构；(e) 含 Al-5Li合金粉体推进剂形貌及内部单颗合金颗粒微观结构。
结论：
本研究通过对粉体的界面设计，成功构筑了厚度仅29 nm的致密化学锚定双层壳体，兼顾了Al-Li合金燃料的“高储存稳定性”、“高加工耐受性”与“能量高效燃烧”。长期湿热测试表明，改性粉体展现出优异的抗腐蚀能力，实现了高活性金属的稳定性。激光点火实验证实，该超薄壳体能将点火延迟时间从238 ms缩短至132 ms，燃烧温度提高至1548.91 °C，并通过增强微爆效应将冷凝燃烧产物粒径由45.7 μm降至14.5 μm，实现了燃尽率的提高。更重要的是，得益于壳层的缓冲耗散机制，复合粉体在高剪切混料中依然保持完整，并与高氯酸铵展现出一级优异相容性。总体而言，Al-5Li@AC@SC 实现了结构稳定性、推进剂相容性与燃烧效率三者的协同优化。该界面改性策略可为高活性金属燃料在固体推进剂领域的应用提供了可行方法。
该工作得到了教育部联合基金（项目编号：20241f0078）、到湖北省重点联合基金重点项目（2025AFD059）、航天化学动力国家重点实验室开放基金（20251f0227）、湖北隆中实验室开放课题（2024KF-12）的经费支持等项目资助。
DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2026.140256
Graphical Abstract
