六硝基六氮杂异伍兹烷分子构型的理论研究

本文用半经验ＡＭ１方法优化了六硝基六氮杂异伍兹烷（ＨＮＩＷ）的几何构型，进行了振动频率计算与分析。针对－ＮＯ２强吸收频率的归属进行了讨论，并与实验测得的红外光谱分了比较。由集居数分析讨论了分子结构的稳定性，用自然键轨道方法和键级判定法分析了Ｎ－ＮＯ２的成键特征。     

N,N′-双(2-叠氮乙基)草酰胺的合成及性能

合成了一种新的化合物Ｎ，Ｎ’－双（２－叠氮乙基）草酰胺，并鉴定了其结构。通过Ｘ光电能谱等仪器对ＡＥＯ与ＨＭＸ的键合作及ＡＥＯ与硝酸酯 和聚醚的相容性进行了研究。     

3,3-二硝基氮杂环丁烷及其复盐的合成

采用１－叔丁基－３，３－二硝基氮杂环丁烷为原料，通过苄氧羰基置换叔丁基，通氯化氢脱去苄氧羰基，合成了３，３－二硝基氮杂环丁烷。将ＤＮＡＺ与ＮＴＯ，硝酸，高氯酸和硝仿反应合成了四种复盐，其中ＤＮＡＸ．ＨＣｌＯ４与ＤＮＡＺ．ＨＣｌ（ＮＯ２）３未见文献报道，经元素分析，红外，核磁共振光谱鉴定了化合物结构。     

N,N′-双(2-叠氮乙基)草酰胺的合成及性能

合成了一种新的化合物Ｎ，Ｎ′双（２叠氮乙基）草酰胺（ＡＥＯ），并鉴定了其结构。通过Ｘ光电子能谱（ＸＰＳ）等仪器对ＡＥＯ与ＨＭＸ的键合作用及ＡＥＯ与硝酸酯和聚醚的相容性进行了研究。结果表明，ＡＥＯ与ＨＭＸ具有键合效果，与硝酸酯和聚醚具有较好的相容性     

含NO_2分子热解自由基机理的UHF－AM1研究（Ⅲ）硝胺及其甲基衍生物

用量子化学中的非限制Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ自洽场ＡＭ１（ＵＨＦ＋ＳＣＦ＋ＡＭ１）方法计算了下达三个反应ＮＨ＿２ＮＯ＿２→·ＮＨ＿２＋·ＮＯ＿２（１）ＣＨ＿３ＮＨＮＯ＿２→ＣＨ＿３ＮＨ＋·ＮＯ＿２（２）（ＣＨ＿３）＿２ＮＮＯ＿２→（ＣＨ＿３）＿２Ｎ·＋·ＮＯ＿２（３）的过渡态和活化能，给出了位能曲线。发现它们的活化能与反应物的Ｎ－Ｎ键级之间存在平行递变关系。ＰＭ３计算重现了类似结果。     

BAMO／NMMO共聚物的特性

研究了３，３’－双（叠氮甲基）氧杂环丁烷（ＢＡＭＯ）与３－硝酸甲酯基－３’－甲基氧杂环丁烷（ＮＭＭＯ）共聚物的组成、微观结构、热分解和感度。共聚物中各单体的摩尔比分别为：ＢＡＭＯ／ＮＭＭＯ＝８／２，７／３和６／４，测定的组成分别为８１／１９，６８／３２和６０／４０，微观结构测定值与理论计算值符合得很好。ＢＡＭＯ显示出热分解时在起始阶段侧链分解，另一方面，ＮＭＭＯ的热分解是由主链控制的。尽管ＢＡＭＯ单元和ＮＭＭＯ单元共聚了，但它们在共聚物中分解的多少是由各自独立的分解特性决定的，因此ＮＭＭＯ在４０℃时发生分解，比ＢＡＭＯ的分解温度低，分解产生的热加速了ＢＡＭＯ的反应。聚Ｂ／Ｎ（７／３）表现出了良好的感度特性、机械性能和热分解特性。     

黑索今粉末粒径对快速反应特性的影响

利用激波管技术及光谱技术研究了粉状黑索今（ＲＤＸ）粒径对其快速反应特性的影响。结果表明：不同粒径的ＲＤＸ快速反应都是Ｎ－Ｎ键先断裂，然后生成ＣＨ２Ｏ基团。粗颗粒ＲＤＸ的Ｎ－Ｎ键比细颗粒ＲＤＸ容易断裂；细颗粒ＲＤＸ的快速反应剧烈。在次级反应中ＲＤＸ粒径对生成ＣＮ、ＯＨ、ＮＨ的反应影响不明显；ＲＤＸ粒径越细，Ｃ２越多，ＣＨ越少。     

几种有机叠氮化合物的合成及性能研究

叙述了１－叠氮－２－（２，４，６－三硝基苯基）乙烷（１），２，４－二（Ｎ－硝基）乙胺基－６－叠氮基－１，３，５－三嗪（Ⅲ），３－硝基－３，５－二叠氮－３－杂氮戊烷（Ⅳ）和上叠氮甲基甲烷（Ⅴ）的合成及结构鉴定，其中Ｉ和Ⅲ未见文献报道，改进了Ⅳ的合成方法，并对这四个化合物的部分性能作了报道。     

乙酸-2,2,4-三硝基-4-氮杂-1-戊醇酯的合成及性能研究

以２，２，４三硝基４氮杂１戊醇与乙酰氯反应，合成了尚未见文献报道的题称化合物，鉴定了该化合物的结构，测出ｍ．ｐ．为５４．４～５５℃，密度为１．５２ｇ／ｃｍ３，ＤＳＣ放热峰为２３６℃，撞击感度为３０％，摩擦感度为０％。     

激光与含能化合物相互作用机理研究

测试了十种新型配位化合物起爆药、炸药光吸收波谱,对比了不同波长下含能化合物的激光感度。结果表明:高氯酸.四氨.双叠氮基合钴(Ⅲ)(DACP)在紫外-可见光有连续吸收,用635 nm的激光作用,可显著提高激光感度。在532~1060 nm,没有发现高氯酸.四氨.双(5-硝基四唑)合钴(Ⅲ)(BNCP)感度与波长有相关性。多种新型配位化合物对915 nm激光显示较高的感度。根据试验现象和结果认为:激光波长不同,将导致化合物激发反应机理不同。如果激光是可见紫外波段,光量子能量有利于选择性地激发分子的电子能级,或破坏化合物中弱键而诱导化学反应发生,化合物属于光致分解机理、引发弱键断裂机理;如果激光是红外波段,化合物表现的则是热分解机理。     

共晶和共混对CL-20/DNB感度和热解机理影响的MD模拟

为了从分子水平进一步揭示共晶和共混对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/1,3-二硝基苯(DNB)含能材料的感度、力学性能和热解机理的影响,采用分子动力学(MD)模拟方法在COMPASS力场条件下对CL-20、DNB、两者的共混物及共晶的感度、结合能和力学性能进行了模拟计算。在Reax FF/lg力场条件下对其热解机理进行了研究。结果表明,共晶和共混均会降低体系的感度,但共晶效果更加明显;与共混物结构相比,共晶结构更加稳定,共晶和共混均可以改变复合体系的力学性能,降低体系的刚度,增加体系的柔性和安全性,但共混会使体系的力学性能劣化。共晶分子间强的作用会促进体系中各组分的热解反应,NO_2、N_2、NO、H_2O、HONO、HON以及CO_2等是共晶和共混体系的主要热解产物。与共混相比,共晶是一种更加有效的含能材料改性方法,可为含能材料的配方设计提供理论指导。     

含能材料感度判别理论研究——从分子、晶体到复合材料

近30多年来,通过量子化学计算和分子动力学模拟,国内外已提出过许多关于含能材料撞击感度的微观理论判据。本文主要介绍我们研究小组从高能分子、高能晶体到高能复合材料的热解机理和感度判别的相关工作,其中关于高能晶体和复合材料的感度判别的一些结果和判据是首次报道。     

微纳米含能材料研究进展

微纳米含能材料由于其小尺寸效应、密实效应、高表面能与高表面活性,表现出优异的性能并获得良好的应用效果。基于国内外学者的相关研究工作,综述了当前微纳米含能材料制备所采用的重结晶技术、粉碎技术,以及微纳米含能材料的干燥技术、粒度与形貌表征方法、感度随粒度大小变化机理、应用方向及效果等方面的研究进展。指出微纳米含能材料今后应重点加强基础理论、模拟仿真、应用作用机制及工程化放大与实际应用等方面的研究工作,使微纳米含能材料尽快转入工程化应用,以加快高能固体推进剂、混合炸药、发射药以及火工烟火药剂的发展并提升其性能。     

稳定结构的二氟氨基含能材料研究进展

二氟氨基是提高化合物能量密度最为理想的含能基团之一,二氟氨基含能材料在火炸药中具有广阔的应用前景.分子结构的稳定性是二氟氨基含能材料工程应用的关键所在.介绍了近年国内外在链状和环状偕二氟氨基及新戊基碳结构等稳定性好的二氟氨基含能材料的合成及应用研究进展.     

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。     

高能三唑铜配合物Cu(DNABT)(NH3)2-x(NH2NO2)x的结构和性能理论研究

基于N,N′-二硝氨基-3,3′-二硝基联三唑(DNABT)二齿含能配体和金属元素铜,采用含能小配体NH3和NH2NO2对结构和性能进行调控,设计了三种新型含能富氮金属配合物:Cu(DNABT)(NH3)2-x(NH2NO2)x(x=0,1,2)。采用密度泛函理论等方法对其分子、电子和晶体结构,及生成热、密度、爆速爆压和撞击感度等性质进行了计算模拟。结果表明,Cu与小配体之间的配位键是结构中比较弱而容易诱发分解的部分。小配体的类别和数量对配合物的结构和不同性能都有显著影响,且对各种性能的影响不同。三种配合物具有高密度(2.07~2.13 g·cm^-3)、优良的能量性质(爆速:8.44~9.12 km·s^-1,爆压:34.2~40.0 GPa)和可接受的感度(7~22 cm),x=1时,配合物的能量水平优于黑索今且感度与其接近,是潜在的高能量密度化合物。     

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。     

含能材料感度评估的空间位阻指数算法和程序设计

含能材料的撞击感度可以通过分子动力学模拟获得,然而其计算成本昂贵且受部分材料缺乏合适力场的限制。设计了用于评估含能材料撞击感度的空间位阻指数(Steric Hindrance Index,SHI)的计算算法并开发了相应的计算机程序。该算法压缩原子在晶胞内的坐标以模拟含能材料受到撞击时的形变,对指定的滑移系建立新的空间直角坐标系并旋转晶胞以处理任意撞击方向和滑移系,将旋转后的晶胞内分子根据质心的x坐标进行分层,计算每相邻两分子层在投影区域内的重叠面积,归一化后获得空间位阻指数。根据设计的含能材料空间位阻指数算法,计算了在压缩比为0.1时太安(PETN)、苯并三氧化呋咱(BTF)、奥克托今(RDX)和梯恩梯(TNT)的平均SHI依次为0.8707、0.7940、0.4228和0.0924,与文献中上述材料撞击感度呈降低趋势的结果相符。根据SHI判别含能材料的滑移系敏感性与采用分子动力学模拟的温度、化学反应生成物含量等计算结果的判断一致,而计算成本和方法适用性有较大提高。     

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。     

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。