由于硼具有较高的能量密度和燃烧热，其在固体推进剂中具有重要的应用潜力[[1], [2], [3], [4], [5], [6]]。通常，硼的高热值（136.38 kJ/cm3和58.28 kJ/g）分别是铝（Al）的1.66倍和1.9倍[7]。然而，硼燃料面临诸多挑战，如低燃烧效率、烧结和产物聚集问题，这些问题严重限制了其在固体推进剂和航空航天技术中的应用[8,9]。首先，由于其熔点为450°C、沸点为1860°C，表面形成的惰性氧化层（B?O?）导致燃烧过程中的质量和热量传递受阻[10,11]。因此，反应条件较为苛刻，经常需要催化剂或高温来促进反应。此外，B?O?会逐渐聚集，导致燃烧速率降低和两相流动受阻，可能堵塞发动机喷嘴，需要进一步处理[[12], [13], [14], [15]]。因此，克服B?O?的负面影响并防止燃烧产物聚集对于固体推进剂的实际应用至关重要。
硼颗粒表面的初始B?O?层会阻碍点火和持续燃烧反应。此外，氧化反应会加剧B?O?的生成，导致燃烧反应熄灭[[16], [17], [18]]。使用电负性最强的氟与B?O?反应生成BF?气体，可以暴露出硼核心，为点火和持续燃烧反应提供反应界面[19,20]。此外，气态产物BF?可以有效增加压力输出，并防止颗粒尺寸聚集，从而优化燃烧反应效率[21,22]。更重要的是，B-F反应（105.01 kJ/g）的热值高于B-O反应（52.58 kJ/g）[23]，有利于提高硼的能量释放。基于这些优势，在我们之前的工作中[24]，使用了氟化石墨烯来包覆硼，改善了点火和燃烧性能。同样，引入BiF?或氟聚合物包覆的硼也可以增强燃烧反应和压力输出性能[25,26]。这些研究表明，引入氟是消除B?O?负面影响和改善硼燃烧反应的有效方法。
值得注意的是，引入氟原子通常会导致氟聚合物分解产生大量碳沉积，这会进一步阻碍质量扩散和热量传递，从而降低反应动力学和能量输出[27,28]。实际上，碳原子是燃烧反应和能量输出的关键燃料，与氧气反应生成CO?并释放33.12 kJ/g的能量。像硼和铝这样的固体燃料的传统反应是氧化反应。考虑使用氟和氧作为复合氧化剂与硼反应，以实现更高的燃烧效率和能量输出是合理的。与单一氧化反应和氟化反应相比，复合氧化剂可以提高反应的热力学和动力学性能，不仅可以消除B?O?的负面影响和防止燃烧产物聚集，而且来自氟聚合物的碳产物还可以进一步反应，为能量系统提供更多能量和压力[29]。
在这项工作中，将氟和氧整合到B@PTFE-AP微粒中，获得了更好的燃烧反应和能量输出性能，并将其应用于固体推进剂。AP和PTFE被用作复合氧化剂，因为它们分别具有极高的氧含量（54 wt.%）和氟浓度（76 wt.%）。为了消除B?O?层并实现高效的界面反应，通过超快结晶方法将核壳B@PTFE引入AP中。随后系统研究了B@PTFE-AP的燃烧行为，发现其反应动力学、能量和压力显著提高。此外，B@PTFE-AP应用于固体推进剂中，表现出更高的燃烧速率和较小的燃烧产物颗粒尺寸。最后，进一步分析了B@PTFE-AP的反应机理，以理解燃烧反应过程。
