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。     

微机电含能器件直写技术研究进展

直写技术(direct writing)作为新一代快速成型技术,具有成型速度快、成型一致性好、制备精度高等优点,在微机电(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)含能器件的制备上具有一定优势.本文阐述了MEMS含能器件常用的直写技术,在此基础上,针对直写技术在微纳含能器件中的研究现状,对MEMS装药、发火电路与换能元以及封装材料的直写技术进行了总结.提出了今后的研究重点:制备固含量高、性能稳定的含能墨水,提高含能墨水装药密度;制备低烧结温度的银油墨电路,同时发展MEMS含能器件换能元与封装材料的直写技术,探究直写精度的影响因素与规律,突破直写技术的应用瓶颈,推动MEMS含能器件的工程化应用进度.     

新型含能材料的研究进展

对国内外的新型含能材料研究及应用进行综述,主要介绍了以下几类含能材料:高含氮量含能材料、含能氧化剂、含能粘结剂和增塑剂。对各类含能材料特点及其相关的物理化学性能进行阐述,为未来含能材料在火炸药中的应用提供了参考依据。     

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、烟火着色剂方面的应用。结果表明,不同的金属离子与富氮配体配位后形成的含能配合物在作为新型含能材料领域确实表现出巨大潜力,而且改变配体类型和个数能满足能量、感度等性能方面的要求。本文总结ECC合成规律并对未来如何在提升能量特性以及扩大应用方面进行了展望。     

高熵合金含能结构材料的潜力与挑战

针对高强含能结构材料的发展现状和存在的问题,对高熵合金的特点、静态力学行为和动态力学行为的研究现状进行了总结和分析,从理论和实验两方面论述了高熵合金作为高强含能结构材料的设想、潜力和挑战.综述发现,高熵合金具有"成分设计自由"、"晶体结构简单且具有强畸变"、"强度和硬度高"等基本特点,同时高熵合金的静态力学行为和动态力学行为可以在很宽的范围内进行调节,调节方式包括工艺调整和成分设计等.以上特点表明高熵合金在可加工性、高强度和可快速氧化释能等方面具有成为高强含能结构材料的潜在优势.已有的实验结果也证实了高熵合金含能结构材料的应用潜力.提出了高熵合金含能结构材料研究面临的挑战和未来研究需要关注的重点,包括高通量实验和模拟、动态力学行为研究和大尺寸样件制备等.     

含能金属有机骨架研究进展

含能金属有机骨架(E-MOFs)兼具高能量和低感度的特征,近几年受到各国相关科研工作者的广泛关注。设计合成结构新颖、能量特征优异和安全性能良好的新型E-MOFs已成为含能材料领域的研究热点。用于构筑E-MOFs材料的配体分子可概括为:含能小分子配体、富氮杂环类配体和高能多致爆基配体三大类。按上述分类方法,从E-MOFs材料的结构构筑方式、能量水平、安全性等方面出发,对近年来E-MOFs材料的最新研究进展进行了综述。系统梳理E-MOFs材料的最新成果发现,富氮类多齿含能配体的设计和选择及其与中心金属离子的有序自组装是构筑具有新颖结构E-MOFs材料的关键,不同的自组装方式决定了E-MOFs材料的空间拓扑结构,极大地影响着其物理化学性能。作为一类新兴的含能材料,E-MOFs材料的高能低感特性使其在固体推进剂配方、近激光起爆等领域展现出一定的研究价值和发展潜力。     

纳米复合含能材料的研究进展

对纳米复合材料的研究进展进行了综述,例举多种纳米复合材料的制备方法： sol-gel法、溶剂/非溶剂法、高能研磨法、多孔金属/填充物复合法.对这些制备方法及制品的性能进行了分析,认为纳米复合材料提供了研究含能材料的新角度,改进了纳米粉体含能材料储存使用过程的安全性,减轻了粒子团聚现象,有利于充分发挥材料的纳米特性.纳米复合含能材料的制备技术、制备工艺参数及制品结构对其性能的影响规律研究还处在探索阶段,今后还需理论和实践两个方面进行更加深入地分析、探讨.     

含能共晶制备及应用研究进展

共晶是指不同种类的中性组分在分子间非共价键的作用下形成的具有固定比例与特殊结构的晶体,属于超分子领域范畴.共晶技术是一种新型的含能材料改性方法手段,具有广阔的发展前景与应用价值.共晶可以降低含能材料的感度,提高安全性,改善力学性能、热性能与能量密度.综述了含能共晶制备及应用研究进展,其中包括共晶炸药国内外研究现状、制备方法、表征方法、形成机理.介绍了含能共晶面临的问题:部分共晶炸药性能有待进一步改善;共晶炸药制备条件苛刻,产率低;共晶炸药的测试表征手段较为单一.指出了今后研究的重点方向为:加强多组分含能共晶的研究;改善共晶炸药制备工艺,提高产量;研究共晶的结晶动力学行为,寻求共晶的最佳结晶条件以及寻找良好的表征共晶结构的方法手段.     

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。     

共振声混合技术在含能材料领域应用研究进展及展望

针对现有传统混合方法难以满足新型含能材料工艺要求的问题,对共振声混合技术在含能材料领域应用研究进行综述.介绍共振声混合技术在混合炸药混合、推进剂混合、单质含能材料共晶等方面的应用,并对其在含能材料领域的应用前景进行展望.通过总结可以看出:共振声混合技术具有无桨混合、整场混合的优点,该技术将在含能材料的化学反应、成球、包覆、光泽等方面发挥其更大的优势.     

一类重要含能材料:5-取代四唑含能金属配合物

分类综述了5-取代四唑金属含能配合物(TEMCs)的合成及研究进展.目前,国内外关于TEMCs的研究不多,其中以5-氰基四唑(CT)、5-硝基四唑(NT)、5-氨基四唑(AT)为配体的TEMCs因其优越的性能和突出的特点,成为含能材料领域研究的重要方向.经过调研、分析,得出如下结论:①TEMCs的合成步骤较少、反应条件...     

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。     

纳米Al/CuO含能复合薄膜的反应性研究进展

亚稳态分子间复合物(Metastable Intermolecular Composites,MICs)具有超高的反应速率、高体积能量密度、微米级的临界反应传播尺寸等优点,在微型含能器件和火箭推进剂等领域展现出广阔的应用前景。纳米Al/CuO含能复合薄膜是当前亚稳态分子间复合物领域的研究热点之一,其利用气相沉积方法进行制备,与含能微机电系统(Microelectromechanical Systems,MEMS)的微细加工工艺兼容,在集成化含能器件方面具有极大的应用前景。本文综述了纳米Al/CuO含能复合薄膜的制备、热性能、燃烧性能、反应动力学以及过渡层对其反应性的影响、含能器件(点火器)及其应用技术方面的研究,并对纳米Al/CuO含能复合薄膜的发展方向进行了展望。     

高温自蔓延反应合成功能材料的研究进展

简要总结了自蔓延高温反应(SHS)的国内外发展过程。从SHS前驱体元素体系的组成及SHS产物的应用方向(粉体功能材料、陶瓷材料、涂层材料等)进行了分类阐述,着重分析了未来含能材料在SHS方面的应用。其次,重点分析了适用于不同应用方向SHS材料的点火机制、反应机制、热力学和动力学等理论分析,在此基础上提出绝热温度不是SHS反应唯一判据的新观点。最后,介绍了自蔓延高温反应的燃烧机理,阐明了反应物粒径、球磨参数、反应物压坯压力等工艺参数对SHS反应的影响,同时对SHS技术发展中存在问题进行了分析。     

环磷腈类高能量密度化合物研究VI.环磷腈化合物及其在含能材料中的应用

对近年来国内外环磷腈化合物的研究进展及其在含能材料领域的应用进行了综述。重点介绍了六氯代环三磷腈、八氯代环四磷腈及其取代物的结构、性质及应用。对以环三磷腈和环四磷腈为母体,氨基、硝基、叠氮基等为取代基形成的化合物在实验和理论方面的研究进展进行了综述,展望了其在含能材料及相关领域的应用。     

炸药的多相界面环境行为与归趋研究进展

以三硝基甲苯(TNT)、环三亚甲基三硝胺(RDX)和环四亚甲基四硝胺(HMX)为代表的含能化合物具有较强的毒性,进入环境后会在土壤?水体?生物体系中发生复杂的再分配和迁移转化,并危害生态系统和人类健康。在总结国内外场地含能化合物污染现状的基础上,综述了土壤中TNT、RDX和HMX三种炸药溶解/沉淀、挥发、吸附/解吸、光解、水解、还原、微生物降解以及被植物吸收和转化等环境行为的研究进展,分析了炸药和土壤的物理化学性质以及场地环境条件对这些复杂环境行为的影响,并简要介绍了六硝基六氮杂异伍兹烷(CL?20)等新型炸药环境行为的最新研究成果。综合国内外研究现状,建议进一步加强对海洋弹药污染以及含能化合物与重金属复合污染效应的研究,并注重应用单体同位素等最新技术研究炸药的环境行为和归趋。     

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。     

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。     

MOFs作为固体推进剂的燃烧催化剂和含能添加剂的研究进展

新材料是固体推进剂发展的基础。其中,新型含能材料以及燃烧催化剂的研发对于改善固体推进剂的性能具有重要的意义。系统介绍了金属有机框架化合物(MOFs)在多相催化以及高能化方面的进展。指出MOFs在催化烷烃、烯烃、醇等有机物以及CO的氧化反应方面具有较高的活性,具备催化推进剂燃烧反应的能力。MOFs在推进剂燃烧过程中原位生成的金属氧化物也可促进推进剂燃烧。引入高含氮量的配体可获得优异能量性能和安全性能的MOFs,改变含能配体的成分、结构及与金属离子的配位方式可调节其能量性能。认为,设计并合成可用于固体推进剂燃烧的高效MOFs催化剂,探讨其在推进剂燃烧过程中的反应机理,揭示其含能基团的成分、结构及与金属离子的配位方式对含能MOFs能量性能的影响等是今后研究重点。     

呋咱醚含能化合物研究进展

呋咱醚含能化合物是一类重要的含能材料,具有熔点较低、能量较高、塑性强的优点。从20世纪90年代起始,该类含能化合物已成为含能材料研究领域重要方向之一。本文综述了对称与非对称呋咱醚含能化合物的醚化合成方法,全面介绍了典型含能化合物FOF-1、FOF-2、FOF-11以及FOF-13的合成、性能及应用研究进展。设计出11种未见文献报道的呋咱醚含能化合物结构,并采用半经验计算方法 PM3进行了物化与爆轰性能预估,其中2种呋咱醚含能化合物密度大于1.90 g·cm-3、爆速大于9000 m·s-1。