氟偕二硝基甲基类含能化合物的合成及性能研究进展

将氟偕二硝基甲基引入至含能化合物分子中,不但可以提高含能化合物的氧平衡、密度和爆轰性能,还可能提高化合物的热稳定性、降低机械感度。构建含氟偕二硝基甲基基团的含能化合物成为新型高能低感含能材料领域的研究热点。通过对近20年来含有氟偕二硝基甲基的含能化合物综述,总结氟偕二硝基甲基类含能化合物的合成方法,分析比较这类化合物的分子结构、理化性质和爆轰性能,为新颖氟偕二硝基甲基化合物的分子设计、合成研究提供参考。     

高通量计算与深度学习相结合的稠环含能化合物设计

含能化合物的设计效率决取于多方面因素，如筛选空间中潜在高性能样本的占比和关键性能的准确预测方法。本研究提出预筛选分子骨架提升虚拟筛选空间整体性能的方案，并将高通量计算与深度学习相结合用于含能化合物设计。研究发现，含能分子的晶体密度与其骨架密度之间存在中度的正相关性，通过预筛选高密度分子骨架可以有效提升虚拟筛选空间的整体密度。研究基于晶体学数据库CCDC提供的含能晶体密度数据集，采用深度学习方法获得含能晶体的密度预测模型，具有可靠的精度和泛化性。在此基础上，以稠环类含能化合物为研究对象，通过骨架预筛选获得高密度的稠环分子骨架，从而通过分子片段组装获得由潜在的高密度分子组成的虚拟筛选空间。研究采用量子化学计算和爆轰产物状态方程等方法实现了生成焓、爆轰性能和化学稳定性的预测，从而由性能排序筛选出能量水平优于RDX，稳定性优于TNT的新型含能分子6个。研究表明，分子骨架预筛选可以有效提升虚拟筛选空间的总体性能，在此基础上借助高通量计算与深度学习可实现含能分子的高效设计。     

笼形含能化合物热分解研究进展

笼形含能化合物因能量高、密度大而成为当前含能材料领域的研究热点,阐明其热分解机理对于深入研究其爆轰机理及提高热稳定性均有重要意义。以笼形骨架为线索,介绍了金刚烷衍生物、立方烷衍生物和异伍兹烷衍生物三类笼形含能化合物的热分解研究进展,总结了上述三类笼形化合物热分解规律:金刚烷衍生物热分解始于取代基且具有“桥头C”效应,立方烷衍生物热分解通常始于笼形结构的C?C键,多硝基异伍兹烷热分解一般始于脱硝基。后续研究应进一步丰富笼形含能化合物的种类,开展笼形化合物热分解的系统性研究,特别是笼状骨架的热分解机理研究。     

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。     

含能材料量子化学计算方法综述

概述了量子化学基础理论,详细综述了含能材料关键参数(密度、生成热、爆热、爆速、爆压和撞击感度)的计算方法,并比较这些方法的特点和适用范围。介绍了CHEET A、EXPLO5等计算软件在含能材料领域的应用。最后,为满足新一代材料高能稳定与绿色环保的综合要求,设计了20种新型高氮含能分子,运用上述量子化学方法估算了其物化和含能性质,并提出了新型含能化合物的设计原则:(1)高氮分子骨架;(2)零氧平衡;(3)基团调节修饰,以期促进含能材料的发展。附参考文献76篇。     

纳米技术在矿用炸药中的应用可能性研究（英）

从爆轰理论的基本方程分析了二维爆轰中随径向距离变化的压力对能量分配的影响.并在此基础上,对含铝矿用硝胺乳化炸药中的铝粉反应过程进行了理论分析,认为铝粉的吸热和放热反应过程对总能量分配为冲击波能（用于支持爆轰波以及破坏岩层）以及抛掷能（用于抛掷）的比例影响明显.由于该过程取决于铝粒子包覆材料的热性能,如热传导、比热等,故可通过纳米技术影响或改变包覆铝粒子氧化材料的性质、控制包覆材料的熔化,以及选择其热性能,以最优比例分配使用总能量,达到最佳的爆破效果.     

6-硝基-2-氧杂-6-氮杂金刚烷-4，8-二醇二硝酸酯的合成及表征

以1,5-环辛二烯为原料,经氧化环合、O-酰化、消除、环氧化、氨解和硝化等步骤,合成了一种新型笼状含能化合物6-硝基-2-氧杂-6-氮杂金刚烷-4,8-二醇二硝酸酯。利用X射线单晶衍射技术获得了6-硝基-2-氧杂-6-氮杂金刚烷-4,8-二醇二硝酸酯的单晶结构;采用核磁、红外以及元素分析对其结构进行了表征;采用热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)研究了目标化合物的热稳定性;经密度泛函理论研究了目标化合物的爆轰性能。结果表明,其密度为1.75 g·cm^-3,热分解放热峰值为184℃,爆速7730 m·s^-1,爆压为26.07 GPa。     

含氮桥头类含能稠环的合成和性能研究

稠环含能化合物由2个或2个以上的共用原子和1个化学键的环构成，具有较大π-π共轭结构，是一类热门的新型含能材料。含能稠环独特的多环共面结构和较大共轭体系，表现出良好的安定性，同时多个含氮杂环组成的共面结构还使得其具有较高的生成热、较大的环张力和优异的能量水平，能够在高性能和分子稳定性之间取得平衡。含氮桥头类稠环骨架以C—N键为共用键连接多个氮杂环，此类稠环大多具有良好的密度、稳定性和多个可修饰位点，是含能稠环领域中的一类新型含能骨架。本研究简要介绍了近年来报道的氮桥头型含能稠环化合物的合成、爆轰性能和稳定性研究，为该类化合物后续的研究和发展提供一定的参考。     

三聚氰酸为基的2,4,6-三氧-[1,3,5]三嗪烷-1-三氨基胍盐的合成、晶体结构和热性能（英）

以三聚氰酸钠(CANa)和三氨基胍盐酸盐(TAG-HCl)为原料,通过一步复分解反应制备了一种富氮含能化合物——2,4,6-三氧-[1,3,5]三嗪烷-1-三氨基胍盐(1),收率91%.采用X-射线单晶衍射、UV-Vis、FTIR、1H NMR以及元素分析等对产物进行了结构表征.计算了产物的生成焓和爆轰参数.通过差示扫描量热法(DSC,10 K·min-1)和热重-傅里叶变换红外光谱联用分析了其热稳定性、非等温热分解动力学和热分解过程.通过落锤法测试了产物的撞击感度.结果表明,化合物1的晶体为单斜晶系,P21/n空间群,计算密度为1.676 g·cm-3,生成焓为327.9 kJ·mol-1,爆速为7900 m·s-1,爆压为26.5 GPa.化合物具1有良好的热稳定性,分解峰值温度为538.9 K,提出了N2气氛下可能的热分解机理.且化合物1对撞击非常钝感,撞击感度大于60 J,优于TATB(50 J).     

4，8-二（2，4，6-三硝基-3，5-二氨基苯基）双呋咱并吡嗪的合成与性能

为探索兼具良好耐热性能和安全性能的新型含能材料,以1-氯-2,4,6-三硝基-3,5-二氨基苯和4H,8H-双呋咱并吡嗪为原料,经取代反应合成了4,8-二(2,4,6-三硝基-3,5-二氨基苯基)双呋咱并吡嗪(NADFP)。采用核磁共振(氢谱、碳谱)、红外光谱、元素分析等测试方法对化合物结构进行了表征。通过溶剂挥发法培养获得NADFP与N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂合物的单晶NADFP·DMF,利用X-射线单晶衍射法进行解析。结果表明,NADFP·DMF属单斜晶系,P2₁/c空间群,a=7.854(3)?,b=18.466(6)?,c=11.093(3)?,ρ=1.640 g·cm^-3。使用Hirshfeld表面分析法计算了分子内/分子间作用力,显示氢键占比高达53.5%。采用差示扫描量热法(DSC)和热失重法(TG/DTG)研究了NADFP的热分解性能,结果显示热分解峰温为337.2℃和368.8℃。研究了NADFP的理论爆轰性能和机械感度,密度为1.81 g·cm^-3,固相生成热827.1 kJ·mol     

高氮含能化合物的研究新进展

对国内外高氮化合物的最新研究以及应用进行了综述。介绍了高氮含能化合物中有代表性的嗪类、叠氮类和四唑类化合物在实验和理论研究方面的进展,评价了一些可以作为含能材料候选物的高氮化合物的理化性能,为高氮含能化合物的分子设计提供了参考依据。     

基于聚多巴胺的仿生界面设计在含能材料中的应用研究进展

界面结构对含能材料的力学性能、安全性能、热稳定性均具有重要的影响。聚多巴胺(PDA)是一种能使绝大多数基体功能化的表面化学材料,具有制备简单易控,反应温和,操作安全,可再进一步功能化等优点。近年来,仿生PDA包覆广泛应用于含能材料领域并取得良好进展。本文就PDA基仿生可控界面对含能材料结构和性能影响进行了综述。从PDA粘结机理出发,介绍了PDA对含能材料和功能填料进行表面功能化的方法,重点阐述了PDA表面改性对炸药的安全性能、热稳定性、力学性能和导热性能的影响规律。总结了PDA在含能材料结构设计和性能调控中的独特优势,指明目前存在的问题,建议进一步探明PDA与含能材料、粘结剂间作用机理,设计规整可控的界面结构,引入功能性高分子,并拓展含能材料用表面功能化材料种类。     

3,4,5-三硝基吡唑及其衍生物的研究进展

3,4,5-三硝基吡唑(TNP)作为唯一全碳硝化的吡唑类化合物,具有高密度、高能量、低感度的优点,在含能材料领域具有广阔的应用前景。综述了TNP及其共价型衍生物、含能离子盐(金属盐及非金属盐)的合成、性能及应用的研究现状。从分子层面的角度论述了TNP为骨架的含能化合物的分子设计。认为今后此类含能化合物的研究应着重下面几个方向:TNP新的合成思路及工艺优化;1-氨基-3,4,5-三硝基吡唑(ATNP)及1,3,4,5-四硝基吡唑的合成及性能研究;TNP与其他富氮基团组成新型含能化合物的分子设计与合成;TNP及其衍生物的应用研究。     

三嗪类含能化合物的研究进展

概述了三嗪类含能材料的合成,性质及发展状况。三嗪类含能化合物研究可分为实验研究与理论计算。评述了国内外密度泛函理论构建的三嗪类含能化合物的结构及预测性能。分析了三嗪环取代基结构与性能的关系以及性能理论预测的研究结果,展望了三嗪类含能化合物在含能材料领域的发展前景。     

含能材料的相变研究进展

回顾了通常含能材料相变的相关研究方法,介绍了常用的热分析、超高压和冲击加载的实验技术以及多种第一性原理和分子动力学理论模拟研究方法及其适用范围,归纳了硝胺类、硝基类、硝酸酯类、唑类与呋咱类以及笼型的常见含能材料在高温高压下的多种相结构,总结了上述含能材料(包括部分混合炸药)在不同相中的分子构型和晶体结构和部分材料在静态与冲击加载条件下的相变特征和相应的相分布,综述了对热门含能材料进行的高精度理论模拟研究所揭示的相变机制。发现部分有复杂相变机制的含能材料的相变点研究结果不一致,一些报道给出的太安炸药(PETN)的部分相的晶体结构和分子结构不一致。大量相变的深层次理论机理揭示不足,其中混合炸药相变的微观机理鲜有涉及。     

固体推进剂用燃烧催化剂的研究进展

综述了近年来固体推进剂中燃烧催化剂的国内外研究进展。总结了金属、金属氧化物、金属复合氧化物、金属有机化合物、含能化合物和新型碳材料等燃烧催化剂的特点和发展方向,以及量化计算在燃烧催化剂中的应用研究。可以看出,燃烧催化剂已由普通单一催化剂向纳米复合催化剂发展,由惰性催化剂向含能催化剂发展。量化计算可用于研究催化机理,预测及计算催化剂的结构和性能,指导燃烧催化剂的合成及其应用。考虑到绿色环保是当前社会发展的主题以及含能催化剂兼具含能和纳米双重优点,认为通过量化计算,设计合成绿色、钝感复合含能催化剂是未来燃烧催化剂的研究热点。     

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。     

含能材料应用于反跑道战斗部药型罩实验研究

为了解含能材料用作药型罩的实际效果,将其应用于反跑道战斗部药型罩实验中。针对混凝土目标设计 药型罩结构,通过控制工艺,采用含能材料药型罩与成熟药型罩进行对比实验,并对实验结果进行分析。应用结果 表明：含能材料应用于反跑道弹药开孔战斗部药型罩有一定的穿孔效果,可为含能材料的应用提供参考。