多硝甲基氧化偶氮呋咱含能衍生物爆轰与安全性能理论研究

为了考察多硝甲基氧化偶氮呋咱含能衍生物的爆轰与安全性能,基于密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G**基组水平上,对比研究了硝基氧化偶氮、三硝甲基氧化偶氮及氟二硝甲基氧化偶氮三种含能基团对呋咱、偶氮呋咱、氧化偶氮呋咱及呋咱醚的几何构型、静电势分布、密度、生成焓、氧平衡、爆速、爆压、键离解能以及撞击感度的影响。结果表明,三硝甲基氧化偶氮基团与氟二硝甲基氧化偶氮基团均可大幅提高呋咱衍生物的密度和氧平衡,氟二硝甲基氧化偶氮基团还可大幅提高呋咱衍生物的爆速和爆压,且具有良好的热稳定性和撞击感度特性。基于12种呋咱含能衍生物理论计算结果,筛选出一种高能量密度化合物:3,3′-双(氟二硝甲基氧化偶氮基)-4,4′-氧化偶氮呋咱,其密度为2.019g·cm~(-3)、爆速为9.735km·s~(-1)、爆压为44.90GPa、特性落高为36cm。     

多面体含能材料的爆速和爆压预估

当采用R-P经验方法预估多硝基笼状化合物最大理论密度下爆速和爆压时,需要修正F因子中与分子结构有关的A/3项,使F因子包含有来自笼状分子高晶体密度和分子内部高张力能的贡献。与K-J方法相比,改进R-P方法既保持了原式的优点,又使预估结果获得明显改善。把K-J方法预估结果作为基础数据,利用改进R-P方法估算25种多硝基笼状化合物的爆速和爆压,结果表明该方法的相对误差分别为±1.9％和±5.2％。而用R-P方法时,预估爆速和爆压的相对误差分别为±14.0％和±21.4％。     

呋咱含能衍生物合成研究进展

系统地论述了从3，4－二氨基呋咱（DAF）到链状呋咱化合物、大环呋咱化合物等呋咱含能化合物的合成及其性能特点。     

NEPE推进剂燃烧性能研究概况

综述了国内外NEPE推进剂燃烧性能的研究概况，探讨了NEPE推进剂燃烧性能难以调节的原因，指出了调节NEPE推进剂燃烧性能的途径。     

含3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)推进剂的能量特性

利用国军标方法及CAD系统软件,在标准条件(pe/pc=70∶1)下,计算了含3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的各类推进剂的能量特性,结果表明DNTF的单元推进剂比冲为2696.4N.s.kg-1,比CL-20单元推进剂的理论比冲还高31.1N.s.kg-1;用DNTF取代丁羟推进剂、改性双基推进剂以及GAP推进剂中的RDX或AP可以提高相应推进剂的理论比冲和特征速度。由于DNTF不含氯元素,且摩擦感度比RDX低得多,因此将DNTF引入推进剂中对提高推进剂的综合性能是有益的。     

三种燃料-空气混合物爆轰的直接引爆实验研究

在直径240mm的立式爆轰管中对环氧丙烷（PO）、正已烷、癸烷与空气混合物进行直接起爆，测定不同燃料不同当量比的去雾直接引爆的临界起爆能。在该实验系统条件下，发现PO－空气混合物当量比为1．05时，其临界起爆能值最小；正已烷－空气混合物当量比为1．12时，其临界起爆能值最小；癸烷－空气混合物当量比为1．15时，其临界起爆值能最小。PO－空气混合物的可爆下限值为当量比0．47（质量浓度为4．23％），正已烷－空气混合物的可爆下限值为当量比0．75（质量浓度为5．29％），癸烷－空气混合物的可爆下限值为当量比0．89（质量浓度为5．8％）。在直径240mm的立式爆轰管中，三种燃料与空气混合物的云雾都容易在较大的当量比范围内引发爆轰并实现爆轰波稳定传播。     

含能快递

伊朗Malek-ashtar理工大学提出了计算含铝炸药爆热和爆速的新方法 开发新的计算模型对准确预估含铝炸药的爆轰性能具有重要意义。作者通过建立含铝炸药的元素组成、密度和其它物理参数与爆热和爆速之间的定量关系,提出了简单的计算模型来预测含铝炸药的爆热和爆速。计算爆热需要已知C、H、O、N、Al和N─NO;的数量以及惰性添加剂的质量分数;计算爆速需要已知C、H、N、O、Al、nitroimino和芳香环的数量以及炸药的密度和惰性组分的质量分数。模型计算结果和实验结果能较好地吻合。     

四氢双环戊二烯硝基衍生物的热力学性质与爆轰性能的理论研究

在B3LYP／6-31G水平上对四氢双环戊二烯（THDCPD）的系列硝基衍生物进行了几何构型优化和振动频率计算,并采用统计热力学原理求得不同温度下的热容及焓。通过设计等键反应,获得了各衍生物的标准生成焓。用Monte-Carlo方法和自编程序,基于0．001e·bohr^-3等电子密度面所包围的体积空间求得分子平均摩尔体积和理论密度。以理论计算得到的密度和标准生成焓为基础,用Kamlet-Jacobs方程估算标题物的爆速和爆压。计算结果表明,THDCPD硝基衍生物的总能量与硝基数目有很好的线性相关性,且桥式异构体衍生物的稳定性普遍高于挂式;预计其热解引发键始于C-N键,而不是骨架C-C键的均裂;其焓随温度升高急剧增大,而热容随温度上升其增幅则逐渐减小;随衍生物中硝基数目增多,其爆速和爆压等计算值迅速增大。     

硝基三唑类衍生物的结构和爆轰性能的理论研究

采用B3LYP/6-31+G**方法对21种硝基三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21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7.08～9.53 km/s之间...     

双呋咱并吡嗪衍生物的合成、表征及性能

以4 H,8 H-双呋咱并[3,4-b:3',4'-e]吡嗪(DFP)为原料,经成盐、取代、加成、硝化、氯化、叠氮化等反应合成了六种双呋咱并吡嗪衍生物(Ⅰ~Ⅵ);利用红外光谱、核磁共振、元素分析等鉴定了其结构。对氮氧含量较高的含有硝基呋咱、硝酸酯、叠氮官能团衍生物Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ采用差示扫描量热(DSC)、热重(TG)考察了其热性能,三者的分解峰温分别为318.3,197.5,250.5℃,热稳定性较好。并用Gaussian 09和VLW程序计算了其物化及爆轰性能,Ⅳ的密度为2.00 g·cm-3,爆速9067 m·s-1,爆压43 GPa,其爆速与HMX相近,密度和爆压均大于HMX。     

大环呋咱化合物TATF与DOATF合成与性能研究

以3,4-二氨基呋咱为原料,合成得到呋咱基大环化合物3,4:7,8:11,12:15,16-四呋咱基-1,5,9,13-四偶氮环十六烷(TATF)和3,4:7,8:11,12:15,16-四呋咱-1,9-二氧化偶氮-5,13-二偶氮环十六烷(DOATF),以核磁、红外、质谱、元素分析鉴定了其结构.计算得出两个大环呋咱化合物的标准生成焓分别为4526.0 kJ·kg-1和4144.2 kJ·kg-1,计算爆速分别为8150 m·s-1和8180 m·s-1, 爆压分别为29.5 GPa和29.2 GPa.分别以TATF和DOATF取代NEPE复合固体推进剂中的20%HMX,计算得出推进剂的比冲分别为252.5 s和276.2 s.     

基于呋咱结构的多环含能化合物合成研究进展

高氮多环结构在协调含能化合物能量与安全性矛盾方面表现出极大潜力。呋咱环具有稳定性好、含氮量高、高正生成焓、易于达到氧平衡等特点,是设计高氮多环类含能分子的重要结构单元。含有呋咱环的多环类含能化合物的设计合成已经成为含能材料领域关注重点之一,得到广泛和深入研究。本文对基于呋咱环的稠环和联环含能化合物的分子结构、合成方法及理化性能等进行综述,并对该类化合物的应用前景进行了评价,为此类多环含能化合物的设计与合成提供一定的参考。     

咪唑类含能化合物的研究进展

主要介绍了咪唑类含能化合物1,4-二硝基咪唑、2,4-二硝基咪唑、4,5-二硝基咪唑、2,4,5-三硝基咪唑、叠氮咪唑及其衍生物的研究现状与进展,并对咪唑类含能化合物的发展方向进行了展望.     

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。     

TOATF制备及性能研究

以3,4-二氨基呋咱为原料,以四醋酸铅为氧化剂氧化得到呋咱基大环化合物3,4:7,8:11,12:15,16-四呋咱-1,2,5,6,9,10,13,14-八氮杂环十六-1,3,5,7,9,11,13,15-辛烯(TATF).进一步以强氧化剂氧化TATF可得到3,4:7,8:11,12:15,16-四呋咱-1,2,5,6,9,10,13,14-八氮杂环十六-1,3,5,7,9,11,13,15-辛烯-1,5,9,11-四氧(TOATF).合成总收率达35.3%.以核磁、傅立叶红外、质谱和元素分析鉴定了目标化合物的结构.以热失重法研究了TOATF的热稳定性,并由DSC法初步研究了TOATF与RDX、HMX的相容性.结果表明,TOATF热稳定性良好,与RDX相容好.     

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。     

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。     

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。     

呋咱及其自由基结构和性质的理论研究

采用DMol3程序对呋咱及其双自由基、单自由基的结构和性质(优化几何、振动分析、热力学、反应活性及稳定性)进行了理论研究。结果表明:呋咱环的共轭性较弱,其强弱及分子的热稳定性次序为呋咱>单自由基>双自由基,且N—O键可能是环稳定的"薄弱环节"。呋咱环能够从与之相连的氢原子上转移电子,环获得一定量的电子后,稳定度增加。双自由基对亲核、亲电及自由基反应均有一定的活性,单自由基次之,而呋咱最稳定;所有分子上的N原子可能对反应有一定活性。     

氮杂环含能化合物的研究进展

综述了含有单个或多个氮原子的新型氮杂环含能化合物的合成与性能研究进展,主要包括呋咱、三唑、三嗪、四唑、四嗪、笼形及全氮化合物等;同时对此类含能材料存在的问题进行了评述,并给出了可能的解决方案。