联唑类含能化合物及其含能离子盐研究进展

联唑类含能化合物及其含能离子盐是近年发展起来的一类新型含能材料,具有高氮含量、高生成焓、高爆轰性能和相对钝感等特性,在新型炸药、低特征信号推进剂、气体发生剂、低烟或无烟烟火等领域有着广泛的应用前景。综述了有关联-1,2,4-三唑、联四唑和5-(1,2,4-三唑)四唑等联唑类含能化合物及其含能离子盐的最新合成研究成果,并对部分化合物的物化性能进行了阐述。认为下一步的工作重点为研究富氮阳离子的引入对联唑类含能化合物感度和爆轰性能的影响,合成出综合性能更好的联唑类含能化合物。设计了9种新型联唑类含能化合物,并利用量子化学方法对其性能进行预估。     

全氮及含能化合物合成团队

<正>南京理工大学全氮及含能化合物合成团队,主要针对国家对高性能含能化合物的重大需求,致力于探索新型全氮(N_5~-)基含能盐,离子型全氮化合物,高能低感含能化合物设计与合成,以及含能化合物制备的清洁硝化和绿色氧化反应等前沿基础理论和应用技术研究,承担国家自然科学基金5项和多项预     

咪唑桥连唑类含能化合物的合成与性能研究进展

咪唑基含能化合物具有优异的热稳定性、良好的修饰性和适当的环张力,是高能材料的重要研究方向。围绕联咪唑、咪唑联三唑、咪唑联四唑等咪唑桥连唑类含能化合物及其离子盐的合成、性能与应用基础等方面进行了综述。分析可知,以单键、双键连接的双环咪唑类化合物,比相应的单环咪唑化合物具有更好的热稳定性和机械感度、更高的密度和爆轰性能,能够实现能量与安全的较好协调,但在单一咪唑环上引入富氮的含能基团、连接基团和离子盐在保证安全性的同时尚未实现高能量和高氮含量的兼顾。而将两种氮杂环结构通过C—C键或C—N键进行键合的联唑类化合物往往可以兼具两种氮杂环母体结构的骨架特点,是今后新型高氮高能化合物的重要发展方向。同时提出了基于咪唑联三唑或咪唑联四唑骨架构建高氮含量、高能量和良好安全性相协调的咪唑桥连双环唑类含能化合物的有效策略。     

富氮含能化合物合成方法研究进展

富氮化合物作为一种高能量密度化合物具有绿色和高能量的特性,5-氨基四唑（5-AT 也叫5-ATZ）、1,5-二氨基四唑（DAT）和3,4-二氨基呋咱（DAF）作为富氮含能材料基础对于后续大分子富氮化合物的合成具有重要用途;本文综述了3种5-AT 的合成方法,4种 DAT 的合成方法,两大类5种 DAF 的合成方法;并对这些方法的优缺点给以论述,对于指导实验室条件下选取合适的合成方法具有参考价值。     

硼基含能化合物制备方法研究进展

硼基含能化合物具备高热值特性,将会成为含能材料领域重点研究方向。目前国内关于硼基含能化合物的研究还未广泛展开,本文依据国外研究现状,将已报道的硼基含能化合物初步归纳为富氮硼酸酯类、唑基硼化盐类、硝基硼烷类、富氮硼嗪类、叠氮硼类等,并分别从结构特点、合成路线及基本性能等方面对这5类含能硼化物进行了介绍,最后对硼基含能化合物的发展趋势及在推进剂中的应用前景进行了分析与展望:硼嗪类或硼氮杂环类化合物具有高张力键能释放特性,有望成为含能材料领域新研究热点;唑基硼化盐类化合物合成方法相对便捷,性能便于调控,可考虑用其替代硼颗粒,作为改善富燃料推进剂燃烧性能的一种新途径;硼酸酯类含能化合物具备较高氧含量,通过引入多硝基富氮含能基团,进一步提高生成焓和氧平衡,可探索用其替代高氯酸铵的可能性。     

2-氯-4，6-二甲基嘧啶的合成改进研究

多氮、高氮化合物具有高正生成热和较好稳定性的特点,是一类具有良好应用前景的新型含能材料.氮杂环化合物2-氯-4,6-二甲基嘧啶(Ⅱ)是合成上述材料的重要中间体之一.     

国外四嗪四唑类高氮含能材料研究进展

对国外正在研究的四嗪、四唑类高氮含能材料进行了综述,介绍了部分四嗪、四唑类高氮化合物及其衍生物的合成、理化性质和应用前景,对国外研究的3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪(DHT)、3,3′-偶氮(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)(DAAT)、3,6-双(1氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)、联四唑(BHT)等进行了重点描述。     

三唑类含能化合物研究进展

三唑类含能化合物是近些年发展的一类新型含能化合物,具有高生成焓、高氮含量和高热稳定性的特点。本文从分子结构出发,综述了单三唑类、双三唑类、吡唑基三唑类、噁二唑基三唑类和四唑基三唑类等40余系列含能化合物的最新合成研究成果,对部分化合物性能进行了阐述。并结合三唑类含能化合物的性能特点,指出基于构效关系设计新型三唑化合物,平衡能量-安全间的矛盾关系,是发展高能钝感三唑含能化合物的有效策略;在此基础上,设计合成笼状三唑含能化合物是较具潜力的发展方向,并提出筛选综合性能优异的三唑化合物开展应用研究。     

含氧富氮含能化合物的合成研究进展

综述了近年来五类含氧(包括硝基氧、羟基氧、配位氧、羰基氧和复合氧)唑基和嗪基富氮含能化合物的合成方法,其中硝基氧富氮含能化合物和复合氧富氮含能化合物的合成研究最为活跃。认为以下几点是今后的研究重点:对合成工艺简单、原料易得的优异含氧富氮含能化合物进行放大合成和实际应用研究;对合成难度大、成本高的优异含氧富氮含能化合物进行工艺改进;设计新型含氧富氮含能化合物时要考虑引进偶氮基和稠环。     

1,3,4,6-四硝基吡唑［4,3-c］并吡唑(TNPP)合成

吡唑并吡唑类含能材料由于其紧凑的结构具有密度高、热稳定性好的特点,目前已成为含能材料研究领域的热点之一[1-3]。1,3,4,6-四硝基吡唑[4,3-c]并吡唑(TNPP)是典型的吡唑[4,3-c]并吡唑类富氮含能化合物,其氮含量为38.89%,理论密度为2.2 g.cm-3,计算爆速为9246 m.s-1。国外文献[1]     

高氮含能化合物的合成及反应性

综述了四嗪、高氮呋咱和三(四)唑等三类高氮含能化合物(HNECs)的研究现状,叙述了它们的合成方法,介绍了几个典型HNECs的合成路线,提出了合成部分新的HNECs的研究思路。     

偶氮四唑非金属盐类含能材料的合成与性能研究

以5-氨基四唑(5-AT)为起始物,经两步反应得到了数种偶氮四唑非金属盐类高氮含能化合物,包括偶氮四唑的胍盐(GZT)、氨基胍盐(AGZT)、二氨基胍盐(DAGZT)及三氨基胍盐(TAGZT)等;对合成产物和偶氮四唑肼盐(HZT)、铵盐(AZT)的基本理化性能和爆炸性能进行了研究。研究表明:此类高氮含能材料生成焓高、产气量大、热稳定性较好、分解放热量大,有望作为新型气体发生剂、低特征信号推进剂、低烟或无烟烟火以及高性能炸药的重要组成。     

不同氮含量焊丝熔化极气体保护焊高氮钢的微观组织与力学性能

为研究不同氮含量焊丝对高氮钢焊缝组织性能的影响,采用自制的0.46［N］、0.61［N］、0.84［N］3种不同氮含量焊丝进行高氮钢熔化极气体保护焊焊接工艺试验。测试分析3种成分焊丝焊缝的固氮效果、气孔倾向、微观组织及力学性能。结果表明：随着焊丝氮含量的增加,焊缝氮含量升高,气孔倾向也增大;3种焊丝焊缝组织均由奥氏体+铁素体组成,焊缝组织形态主要取决于焊缝的凝固模式,由焊缝中的各种合金元素共同作用决定;焊缝力学性能主要受铁素体含量及其分布的影响,铁素体含量越高且呈沿晶分布,焊缝硬度、强度越高,韧性越差;当焊缝凝固模式为奥氏体凝固模式、奥氏体-铁素体凝固模式时,焊缝氮含量越高,焊缝拉伸性能越好;气孔缺陷主要影响焊缝的冲击韧性,气孔增多,焊缝冲击韧性下降。     

吡唑类化合物结构与性能关系的理论研究

构建了几种吡唑化合物的分子结构,运用密度泛函理论在B3LYP/6-311G(d,p)水平上对设计的吡唑氮杂环化合物性能进行了理论计算。在最稳定几何构型基础上,基于自然键轨道理论,分析了稳定结构的成键情况和吡唑环上的共轭性;用静电势图分析了吡唑化合物的反应性;理论估算了9种化合物的标准气态生成热和Bader密度;最后采用VLW方程计算了这些化合物的爆速、爆压。结果表明:吡唑环上有一定的芳香性特征;理论计算得到部分化合物的总能量和密度与NH2原子个数都有较好的线性关系;大多数化合物的爆速在8.0 km.s-1以上。     

5,5′-偶氮四唑锌的合成及表征

以5-氨基四唑为原料,碱性氧化得到偶氮四唑钠(NaATZ),NaATZ溶液和锌离子溶液反应得到一种高氮含能化合物5,5’-偶氮四唑锌(ZnATZ)。通过正交试验得到最佳反应条件:反应温度65℃,NaATZ浓度为0.2 mol·L-1,Zn2+浓度为0.5 mol·L-1,N aATZ和锌盐物质的量之比为1:1.5。采用红外、元素分析等分析手段对其进行了表征,其化合物分子式为C2N10Zn.2 H2O。TG和D SC分析表明,ZnATZ的初始分解温度为192℃,峰温为219℃,热稳定性较好。感度测试结果表明,ZnATZ对火焰和撞击敏感,有点火药和击发药组分的重要特性。     

含能材料理论设计中的几个问题（英）

理论方法在新型含能材料的设计和研发中起到非常重要的作用。本研究介绍了含能材料理论设计中所遇到的问题,如从微观上估算含能化合物的密度、生成热、稳定性及爆轰性能等。并讨论了含能聚合物界观参数的计算方法:1) 基于优化的分子结构,求得含能金属配合物分子周围的电子云包覆体积,然后由公式求得包覆密度作为其晶体密度近似值; 2) 含能化合物的生成热根据原子化方案,进行数值计算; 3) 以五种小分子氮氢化合物和六种四嗪化合物的热分解机理为例,阐述采用将从头算分子动力学(ab initio MD)和从头算分子轨道理论(ab intio MO)结合起来研究含能化合物热分解机理的可靠性; 4) 含能材料的爆轰性能, 基于各个元素的Lennard-Jones势参数等,由反应物及产物的VLW状态方程,进行数值求解; 5) 采用DPD方法可用于研究含能聚合物的界面性质。上述性能的计算可为新型含能材料的探寻提供有价值的信息。      

硝基吡唑类衍生物的结构和爆轰性能的理论研究

采用B3LYP/6-311G**方法对24种硝基吡唑类衍生物体系进行了全优化,几何优化结果表明所有化合物均无虚频,为势能面上的稳定结构;采用Monte-Carlo方法理论估算了24种化合物的密度,并设计等键等电子反应计算了其生成焓;运用Kamlet-Jacobs预测了爆速、爆压,其爆速在6.42～9.00 km.s-1之间。结果表明:吡唑环上有一定的芳香性,所设计的系列硝基吡唑化合物能量较高,是有潜力的含能材料候选物。     

三元混合溶剂对高氮含量单基发射药性能的影响

为了提高高氮含量单基发射药硝化棉/二硝基甲苯/二苯胺(NC/DNT/DPA)的力学性能,在醇酮溶剂中外加3%的辅助溶剂(二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、环己酮、环己烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯)形成三元混合溶剂,对高氮量硝化棉进行塑化成型,获得相应的单基发射药。通过扫描电镜观察单基发射药样品的微观结构,采用万能材料试验机、简支梁式抗冲击试验机测试了单基发射药的力学性能,通过密闭爆发器实验研究了辅助溶剂对单基发射药能量及燃烧性能的影响。结果表明:当有辅助溶剂加入时,高氮量单基药的力学性能提高,其中添加3%乙酸丁酯的试样在低温(-40℃)、常温(20℃)和高温(50℃)下试样的抗压强度分别提高了15.7%、4.3%和17.7%,抗冲击强度分别提高了29.9%、96.9%和170.0%;辅助溶剂的加入,对单基发射药的燃烧影响较小;与基础单基发射药相比,三元混合溶剂制备的单基发射药火药力均有小幅下降。     

精制棉成熟度及硝化工艺对高氮量NC硝化均匀性的影响

为研究精制棉质量、硝化工艺对高氮量硝化纤维素(NC)硝化均匀性的影响规律,采用H_2SO_4-HNO_3-H_2O体系对不同成熟度的精制棉进行硝化处理,通过改变硫酸-硝酸比、硝化时间制备了高氮量NC,利用偏光显微镜测试NC的含氮量及硝化均匀性,探讨了不同成熟度和硝化工艺对高氮量NC的氮量及硝化均匀性影响规律,同时将不同均匀性的NC经胶化压制成典型的发射药,对比了相应药粒侧断面的微观形貌。结果表明,精制棉成熟度高时,制备的高氮量NC均匀性优于成熟度低的产品;硫硝比为2.7时,制备的NC含氮量高、硝化均匀性较好;以成熟度大于70%的精制棉为原料,制备NC的硝化均匀性指标-均方差约2.3;30~35min硝化效果最佳,延长硝化时间对氮量影响不大,均匀性反而降低。表明,以成熟度高的精制棉为原料,通过控制硝化体系中硫硝比和硝化时间,可得到均匀性较好的NC,用其压制单基发射药的胶化和压伸成型质量可得到明显改善。     

三氨基胍系列含能化合物的研究进展

三氨基胍是一种非叠氮类、富氮型、可燃性化合物,其系列含能化合物具有高的正生成焓、热稳定性好、氮含量高等特点。参考了53篇文献对三氨基胍盐及其配合物的结构特点、制备方法、理化性质、爆炸性能及其在含能材料中应用的最新研究成果进行了综述,为该类含能材料的研究和发展提供参考。