喷墨打印墨滴成形机理及其在含能领域应用进展

喷墨打印技术是以墨滴为基础,集喷射工艺、离散堆积数控制造及计算机辅助设计于一体的先进精细微加工制造技术,是微机电系统（MEMS）火工品等微结构含能器件的重要装药途径之一。在喷墨打印过程中,如何实现墨滴的精确控制是提高材料可打印性和打印精度的关键。本文在系统调研喷墨打印成型机理研究的基础上,探讨了墨水的物理特性、打印工艺参数对墨滴形成方面的影响规律,梳理了“咖啡环”效应出现的原因及控制方法,归纳了喷墨打印过程中墨滴成形和沉积的控制策略,与此同时,综述了喷墨打印技术在传爆药、纳米铝热剂等方面的应用情况,展望了喷墨打印技术下一步在含能领域应用的发展方向。喷墨打印技术的按需滴加、皮升级沉积为微纳米结构含能药剂的精确装药提供了前提,在MEMS火工品、异形含能器件方面具有较好的应用前景。     

MEMS用含能薄膜研究现状及进展

在综合分析国内外含能薄膜相关文献的基础上,认为金属复合含能薄膜桥、含能半导体桥及纳米多孔硅/氧化剂复合薄膜制作工艺与微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)器件制备技术具有良好的兼容性,在此基础上阐述了上述三种薄膜材料的制备方法及输出特性,认为MEMS火工装置为火工技术的发展提供了一个重要的研究方向。     

第四代火工品部分概念初步探讨

针对第四代火工品的典型结构组成,探讨了其基础研究过程中涉及的部分概念,主要包括MEMS火工品、微纳结构药剂、微结构换能元、原位装药技术、直写墨水药剂、微含能芯片和微起爆序列等,为第四代火工品的发展提供技术支持。     

MEMS火工品换能元的研究进展

换能元作为微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)火工品的核心部件,是MEMS火工品安全性和可靠性的重要影响因素,对整个武器系统的影响也是不可忽视的。文中从换能元的基底和电阻材料研究、结构设计等角度,综述了近年来MEMS火工品换能元的最新发展研究。介绍了MEMS火工品换能元的两大关键技术:MEMS火工品换能元的设计制备方法以及换能元性能参数的测试表征。指出:具有微型化、集成化、多功能化和高可靠性的MEMS火工品换能元是未来研究的热点。为M EM S火工品换能元的设计研究提供理论支撑,应加强微尺度下的热散失特性以及桥区电阻特性研究。认为复合含能薄膜桥换能元是MEMS火工品换能元的一个重要发展方向。     

CL-20基炸药墨水直写沉积规律

直写技术具有安全、批量、精确图形化的优点,是含能微器件精密、高效装药成型未来发展的趋势。基于六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基炸药墨水,采用Ansys软件模拟和直写沉积实验相结合的方法,研究了驱动压力、出口直径对挤出速率的影响。采用Matlab软件分析了直写沉积数据,运用插值分析法得到了有效的直写参数,建立了描述直写沉积规律的数学模型。结果表明,制备的CL-20基炸药墨水为非牛顿流体,黏度范围为10~350 Pa·s。当剪切力大于650 Pa时损耗模量逐渐大于储能模量。当驱动压力大于350 kPa时,CL-20基炸药墨水黏度变小,使得挤出速率变化率变大。当出口直径大于0.6 mm时,CL-20基炸药墨水挤出能量损失变小,使得挤出速率变化率变大。建立了直写参数关系式u_1=0.00047×d_1~(0.6516)×p~(1.5291),结果表明,驱动压力对挤出速率的影响大于出口直径对挤出速率的影响。     

MEMS平面微起爆器的原位构筑及性能

设计了一种微机电系统（MEMS）平面微起爆器并对其性能进行了研究。该微起爆器由MEMS微结构换能元和直写起爆装药两部分组成。金属微结构换能元和装药构筑在同一平面上。首先在氮化硅硅片上构造Ni/Cr微结构换能元,然后在微结构换能元的一侧刻蚀微装药腔体,微结构换能元的桥区部分构造在微装药腔体的内部。采用微控直写法,在微装药腔体内部写入一种具有多孔性质的纳米铜墨水前驱体,经过气固原位叠氮化反应后,形成叠氮化铜（Cu（N₃）₂）MEMS起爆器件。该微起爆器平均电阻为4 Ω,作用时间为8.44 μs,50%发火电压为14.29 V,发火能量为0.33 mJ,装药量平均值5.18mg,质量相对标准偏差2.6%。该微起爆器能够起爆六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）炸药。     

含能材料领域的几类颠覆性技术进展

21世纪以来,颠覆性创新技术取得了快速发展并已渗透到许多领域,成为推动科技发展和军事变革的重要力量,也将对含能材料的发展产生深刻影响。为认识颠覆性技术对含能材料发展的影响,简介了颠覆性技术的内涵及作用,重点阐述了含能材料领域目前发展迅速的超高能化技术、纳米技术、增材制造技术和材料基因组技术等颠覆性技术,以及这些技术将对含能材料的创新发展提供的新机遇和挑战。指出未来含能材料领域的颠覆性技术将重点朝着金属氢的制备与应用、含能墨水的设计与3D打印成型、含能材料基因数据库的建立及三要素融合几个方向发展。     

叠氮化铜含能材料研究进展

新型含能器件微型化、芯片化、集成化、智能化的发展趋势对火工药剂提出了更高的要求,含铅类起爆药的毒性问题也日益引发担忧.长期以来受制于较高的敏感性而未被广泛实际应用的叠氮化铜,由于其绿色高能的特性,近年来愈发引起研究者的兴趣.从叠氮化铜的晶体结构理论研究、合成方法、复合含能材料的设计与制备以及它在微型装药中的实际应用等方面,对叠氮化铜含能材料的研究进展进行了总结.在此基础上,讨论了实现其应用前景的关键点:从理论上更深入地掌握其晶体结构与反应释能之间的内在关系;通过构建新型复合含能体系弥补其过于敏感的缺陷的同时,发挥其高能量密度的优势;通过实验和仿真更系统地了解其性能参数;开发先进的合成方法和装药技术以满足微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)火工品对含能材料精密可靠装药方式提出的要求.     

多层Al/Ni含能薄膜在电容放电激励下的能量释放特性和规律

为了研究Al/Ni含能薄膜的能量释放特性和规律,采用微细加工方法制备了双"V"型夹角的Al/Ni含能薄膜换能元。研究了Al/Ni含能薄膜换能元在47μF固体钽电容放电激励下的能量释放特性和规律。电爆炸测试时,用自主研制的ALG-CN1储能放电起爆仪作激励电源。电容器用47μF固体钽电容,充电电压为10～45 V。用高速摄影仪(HG-100K)观察换能元的发火过程。用数字示波器(LeCroy44Xs,4通道)记录换能元发火时电流、电压随时间的变化曲线。结果表明,Al/Ni含能薄膜换能元在电容激励下的电爆过程按照电流变化率(dI/dt)可以分为三个阶段:回路寄生电感的储能,换能元的电爆炸及等离子体加热。与相同桥型的NiCr薄膜换能元比较,所制备的Al/Ni含能薄膜换能元具有输出能量高以及电爆后产生的火花飞溅距离长的特点。发火回路的寄生电感对于换能元的起爆具有重要作用。Al/Ni含能薄膜换能元电爆炸时的输出能量主要来源于两部分:电容的输入能量和含能薄膜释放的化学能。     

电火工品换能元增效技术研究进展

作为电火工品的核心部件,换能元直接影响着电火工品的安全性和可靠性。电火工品结构微型化、换能信息化、序列集成化的发展趋势对于换能元提出了更高的技术要求。如何实现在低能量刺激下可靠发火,同时提升换能元的点火输出能力,即如何实现电火工品换能元的效能提升成为目前火工品换能器件研究的重要课题之一。为此,本文从换能元基底和电阻材料的优选、发火结构优化设计、自含能一体化增效以及含能薄膜复合增效等角度,综述了近年来电火工品换能元低能发火与输出增效的最新研究进展。在此基础上,讨论了未来开展换能元增效研究的重点：建立换能元材料参数基因库,借助机器学习算法等手段提高换能元发火结构优化设计的效率,针对宽带隙半导体材料等开展新换能体制的基础研究,探索含能金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks,MOFs）、含能钙钛矿等新型含能薄膜材料在换能元上的集成制备。     

CL-20基爆炸网络装药的UV光辅助直写成型及性能

为了提高爆炸网络装药效率和成型效率、改善装药能量性能,以高能叠氮胶3,3-二叠氮甲基氧丁环-四氢呋喃共聚醚(PBT)和紫外光(UV)固化树脂为复合粘结剂、以CL-20为主体炸药,设计了一种UV光辅助固化的CL-20基含能油墨,并采用3D打印平台装置对油墨进行了直写成型。采用流变仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、邵氏硬度仪等对成型复合物的流变性能、微观结构、晶型、硬度进行了表征和测试。结果表明,CL-20含量为82%时,油墨体系稳定性较好,采用UV光辅助固化的油墨固化速率快、成型样品表面平整,硬度为70 HA;撞击感度测试表明,复合物的特性落高比原料提高了20 cm;传爆性能测试表明,成型样品可实现90°拐角传爆,在1.2 mm装药宽度下,其传爆临界尺寸为0.387 mm。     

含能配位化合物的研究进展及其应用

含能配位化合物(Energy Coordination Compound,ECC)具有不同金属元素与配体之间配位方式多样化的特点,预期可获得性能可调控的含能材料,因此成为近十几年来的研究热点之一.本文综述了不同配体组装ECC的方式和类型,ECC及其功能材料在作为起爆药、推进剂催化剂、铝热剂的可燃剂和氧化剂、烟火着色剂方...     

3，4-二氨基-5-（3，4-二氨基-1，2，4-三唑-5-基）-1，2，4-三唑及其含能离子盐的合成及性能

以含能化合物3,4?二氨基?5?(3,4?二氨基?1,2,4?三唑?5?基)?1,2,4?三唑(化合物1)为有机碱,分别与高氯酸和硝酸进行中和反应,合成了两种具有高热稳定性的含能离子盐:3,4?二氨基?5?(3,4?二氨基?1,2,4?三唑?5?基)?1,2,4?三唑高氯酸盐(化合物2),3,4?二氨基?5?(3,4?二氨基?1,2,4?三唑?5?基)?1,2,4?三唑硝酸盐(化合物3)。首次培养了化合物2和3的单晶,并采用单晶X射线衍射进行晶体结构解析;化合物2的晶体结构中,每个阳离子和12个相邻的高氯酸根通过氢键作用相互连接,阳离子形成层状堆积,高氯酸根阴离子镶嵌在层与层之间;化合物3的晶体结构中,每个阳离子和10个相邻的硝酸根通过氢键作用相互连接,从而构筑化合物3的层状堆积结构。采用差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TG)研究了化合物2和3的热稳定性,化合物2和3具有超高的热稳定性,其热分解温度分别为338.3℃和289.8℃。此外,化合物2的理论爆速和比冲分别为8308 m·s^-1和250.3 s,表现出优异的能量特征;化合物3具有优异的感度特性,其撞击感度和摩擦感度分别高于20 J和360 N。     

聚NIMMO的合成及其在火药中的应用

论述了NIMMO聚合物及其单体的合成、性质以及在火药中的应用，NIMMO聚合物在LOVA发射药中作为粘结剂有广阔的应用前景，其低聚物作为硝酸酯粘结剂的增塑剂是一个重要研究方向。     

激光敏感型含能配合物类起爆药研究进展

激光起爆作为一种新兴的起爆技术,可以有效解决传统起爆方式中存在的如杂散电流干扰等安全问题。激光敏感起爆药作为激光起爆序列中的能量输出载体,是激光起爆系统的重要组成部分。目前配合物类激光敏感起爆药已成为研究热点之一。概述了以链状含氮化合物、三唑、四唑、四嗪类化合物为配体的含能配合物的合成和激光起爆性能方面的发展现状,分析了各类药剂的优点以及存在的问题,总结了部分激光起爆机理,并对未来新型激光起爆药研发进行了展望,指出开发新型富氮配体仍是激光敏感型含能配合物类起爆药未来研究的重要方向。     

联吡唑含能化合物合成及性能研究进展

联吡唑结构具有氮含量高、结构致密、钝感且热稳定性好的性质,是构建高能量密度材料理想的含能骨架。基于单吡唑环C—C、C—N以及N—N不同键合方式,从联吡唑环构建、爆轰基团引入策略与衍生物性能评价等方面,对近几年在含能材料领域已报道的5种联吡唑结构单元2H,2'H-3,3'-联吡唑(Ⅰ)、1H,1'H-4,4'-联吡唑(Ⅱ)、1'H-1,4'-联吡唑(Ⅲ)、2'H-1,3'-联吡唑(Ⅳ),1'H,2H-3,4'-联吡唑(Ⅴ)相关含能化合物的最新进展进行了简要综述。从合成方法及物化爆轰性能等方面梳理了联吡唑含能化合物合成研究发展方向与趋势。指出以下几点是今后联吡唑含能化合物发展的重点方向:筛选已报道的性能优异的联吡唑含能化合物进行合成优化及应用研究;通过引人不同的含能基团和富氮阳离子,设计合成更多综合性能优异的联吡唑含能化合物;完善联吡唑含能化合物研究体系,加强几种报道较少的联吡唑单元(如2'H-1,3'-联吡唑(Ⅳ)、1'H,2H-3,4'-联吡唑(Ⅴ)和1,1'-联吡唑(Ⅵ))含能化合物的制备与性能研究。     

含能离子化合物的分子设计与性能研究进展

含能离子化合物包括含能离子液体和含能盐,通过设计阴阳离子的化学结构,使其具有较高生成热、较高密度、钝感、稳定、环境友好等优良性能,从而满足武器装备对多功能含能材料的需求。综述了含能离子化合物的研究历史、分子设计及其性能,并展望了含能离子化合物的研究发展趋势,通过分子设计,得到新型的含能离子化合物,研究不同的阴阳离子对含能离子化合物性能的影响,为含能离子化合物的研究和发展提供参考。     

二氯乙二肟合成及其含能衍生物研究进展

二氯乙二肟是一种高效的工业杀菌剂,也是构建氮杂环骨架的重要原材料,可合成多种性能优异高氮含能材料.本文主要介绍了氯气法、N-氯代琥珀酰亚胺(NCS)/二甲基甲酰胺(DMF)法以及NCS/DMF改进法等3种二氯乙二肟的合成方法,并比较了它们优缺点.系统阐述了基于二氯乙二肟的反应特性构建异噁唑、呋咱、氧化呋咱、双四唑以及噁二唑酮等氮杂环中间体的方法,同时,综述了相关含能材料的物化与爆轰性能.利用二氯乙二肟作为原料,有望设计、合成性能优异的新型含能材料,全面推动含能材料自主创新能力的提升.     

含能分子合成最新进展

从含能分子设计、合成策略与路线优化、性能评价等角度对过去两年来含能材料合成领域的最新进展进行了简要综述。梳理了含能分子(含能离子盐和共价型含能分子)合成研究的发展方向与趋势。指出以下几点是今后研究的重点方向:通过硝胺化、羟基化以及N→O化等策略实现富氮杂环类含能离子盐的靶向合成、定向调控含能离子盐的结构和性能;注重于设计合成高氮含量的稠环结构、桥连骨架、以及共轭平面离域大π键结构的含能分子;加强新型B基含能分子的制备与性能研究;将极端条件下的合成技术如超低温合成、超临界合成等充分应用于含能分子设计与合成中。     

泡沫发射药能量特性计算与分析

采用基团加和法估算了以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、聚硝酸酯缩水甘油醚(PGN)、聚2,2-双叠氮甲基氧杂环丁烷(PBAMO)、聚2-甲基-2-硝酸酯基氧杂环丁烷(PNIMMO)为聚醚多元醇,二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)为多异氰酸酯的泡沫发射药含能聚氨酯粘结剂的生成焓。采用内能法计算了以黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)、1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)、3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)为高能添加剂的泡沫发射药配方的能量特性参数,并绘制火药力为1250,1300,1350 kJ·kg~(-1)的(MDI/GAP1000)/RDX/HNIW、(MDI/GAP1000)/RDX/TNAZ和(MDI/GAP1000)/RDX/DNTF发射药配方的等火药力三角图。结果表明,通过含能聚氨酯粘结剂的结构单元可以估算粘结剂的生成焓。以含能聚氨酯粘结剂和固体添加剂为基本配方的发射药具有较高的火药力,在固含量为50%~70%范围内可以实现火药力≥1300 kJ·kg~(-1)。以HNIW与TNAZ部分替代RDX的发射药配方的等火药力线近似为直线,而添加DNTF的发射药等火药力线存在转折点。RDX含量不高于20%、TNAZ含量不低于52%的(MDI/GAP1000)/RDX/TNAZ发射药能量计算结果满足国际上提出的先进坦克炮用发射药火药力大于1300 kJ·kg~(-1),爆温低于3300 K的指标要求。