纳米铝热剂,又称超级铝热剂,是目前受到广泛关注的新型纳米含能材料,具有高体积能量密度,质量能量密度与TNT等炸药相当,具备在一定外界刺激作用下快速释能的特性,在微机电系统、微点火与快速起爆、新材料加工和反应性焊接等多领域表现出良好的应用潜力。目前相关研究主要集中在纳米铝热剂体系配方和结构改性、性能优化以及应用性研究等方面,对复合体系的反应机理,尤其是对点火完成后反应传播机制的研究尚处于起步阶段。因此,系统性地研究典型纳米铝热体系的反应以及能量输出特性,掌握点火和燃烧规律,明确反应传播机制,获得高效、稳定、安全可靠输出的技术途径,具有重要的科学意义。为此,本文构建了金属氧化物基Al/CuO和含氟高聚物基Al/PVDF两种典型纳米铝热体系,对复合体系的微观结构、热力学平衡、反应动力学、点火以及燃烧性能展开了系统研究,掌握了复合体系的化学反应及能量输出特性。开展了典型纳米铝热体系在不同装药及环境条件下的燃烧规律研究,建立了耦合对流传热项和药剂化学反应动力学项的二维传热模型,获得了典型纳米铝热体系点火和反应传播过程的关键特征参数,揭示了点火和反应传播机制,论文的主要研究内容及成果如下:（1）基于吉布斯自由能最小原理探究了Al/CuO和Al/PVDF纳米铝热体系的热力学平衡特性。结果表明,Al/CuO、Al/PVDF纳米铝热体系的绝热火焰温度、理论比冲均随着复合体系中Al含量的增多先升高后降低,在化学计量比时达到峰值。其中Al/CuO体系中燃料过量时,平衡产物中Cu蒸气含量下降,液态Cu含量增加;Al/PVDF体系平衡组分中Al F3含量的变化规律与绝热火焰温度基本保持一致,因此可以通过监测产物中Al F3的含量评估Al/PVDF纳米铝热体系反应性能的变化。（2）机械混合制备获得了两种典型纳米铝热体系,采用热分析方法研究了复合体系的反应动力学特性,采用激光诱导击穿光谱法探究了复合体系在脉冲激光烧蚀作用下的等离子体特性,通过计算AlⅠ等离子体电子温度评估了复合体系的氧化还原反应程度。结果表明,Al/CuO纳米铝热体系化学反应速率快,反应性能好,表观活化能Ea=183.3 k J·mol-1,指前因子A0=4.44×10~7 s-1,脉冲激光作用下等离子体温度约为6184.13±66.4 K,Al/PVDF的表观活化能Ea=145.5 k J·mol-1,指前因子A0=5.96×10~6 s-1,等离子体温度约为3574.2±47.5 K。通过动力学特性和等离子体特性研究,掌握了两种纳米铝热体系的反应放热及能量释放特性,为模型的搭建提供了可靠数据支撑,同时为后续复合体系的性能优化设计提供了研究思路。（3）系统开展了两种纳米铝热体系燃烧规律测试:采用T-Jump快速升温技术获得了两种纳米铝热体系的点火温度;利用密闭燃烧室探究了两种体系的燃烧增压特性;通过开放燃烧和约束燃烧测试,研究了装药密度、尺度和负压环境压强对复合体系燃烧规律的影响机制。结果表明,点火方式对Al/CuO、Al/PVDF纳米铝热体系点火规律的影响存在明显差异:热丝加热作用下,两种复合体系均能在几毫秒时间内被点燃,激光加载作用下,Al/CuO纳米铝热体系点火延迟时间大幅缩短,而Al/PVDF纳米铝热体系点火延迟时间大幅延长。同时,激光加载作用下,两种纳米铝热体系都表现出激光热化学反应、反应加速和热积累以及药剂反应传播三阶段式点火、反应传播行为。不同装药条件下燃烧规律测试结果表明,装药密度和尺度是影响两种纳米铝热体系在约束条件下燃烧性能的主要因素。两种复合体系的燃速均随装药密度的增大而减小。在装药尺寸2.0 mm-1.0 mm范围内,Al/PVDF纳米铝热体系在燃烧管中能够自持燃烧并稳定传火,装药尺寸减小为0.8 mm以下时,复合体系无法稳定传火。负压环境下燃烧规律测试结果表明,两种复合体系的燃烧性能对环境压强的敏感性差异较大:随着环境压强的降低,Al/CuO纳米铝热体系在燃烧管中的燃速基本保持不变,当环境压强降至9.5×10-4 Pa,仍能维持上百米每秒燃速,Al/PVDF复合体系的燃速对环境压强高度敏感,随着环境压强的降低,药剂燃速大幅降低,压强降低至25k Pa时,降低了约70.59%,而随着环境压强从15 k Pa进一步降低,Al/PVDF体系无法稳定传火。（4）建立了耦合对流传热项和化学反应放热项的二维传热模型,探究了两种纳米铝热体系在不同装药密度和不同环境压强条件下的点火和反应传播行为。结果表明,装药密度影响反应传播过程的对流换热效率。随着装药密度的增大,反应过程的凝聚相和气相产物的流动阻力增大,将削弱对未反应区的预热作用,导致燃速下降。Al/PVDF纳米铝热体系是以气相反应为决速步的反应体系,负压环境下,由于气体扩散速率的加快和环境中气态氧浓度的降低,Al/PVDF纳米铝热体系化学反应速率随之降低,导致复合体系点火延迟时间的增加和在燃烧管中的反应传播速度的下降。（5）通过组分和结构调控开展了性能优化研究。结果表明,通过在Al/CuO纳米铝热体系中引入硝基功能化石墨烯（NGO）,在优化反应性能的同时能够有效提升复合体系的静电安全性。通过采用同轴静电共纺的方法,制备获得了核壳结构Al/PVDF纳米铝热体系,有效提升了复合体系的反应性能。