NTO结晶形貌的预测

采用修正的附着能(AE)模型预测了3-硝基-1,2,4-三唑-5酮(NTO)在真空和溶剂中的晶体形貌。研究了溶剂水、甲醇对重结晶晶体形貌控制的影响。结果表明,在真空中,NTO晶体的(100)和(001)晶面方向分子键合能量最低,是最重要的生长面,(010)晶面为极性生长面。受分子间氢键的影响,水中各晶面受抑制作用大小为(010)(100)(001),甲醇中为(010)(100)≈(001)。由NTO晶体附着能和对溶剂分子的吸附作用可知,真空中晶貌由晶面法线方向的分子键链强度决定,在水、甲醇中还受极性基团同溶剂分子形成氢键的强弱、方向控制。     

分子动力学模拟研究温度对ε-CL-20结晶晶体形貌的影响

为了研究温度对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)在乙酸乙酯/三氯甲烷体系中结晶时晶体形貌的影响,采用分子动力学模拟方法,使用修正后附着能模型计算了CL-20晶体能量和晶习,对比了不同温度(293、303、313、323、333K)下CL-20晶体形貌模拟结果与实验结果。结果表明,温度可以显著改变CL-20晶体形貌;随着温度升高,CL-20晶体形貌趋于非球形化,293K下可以获得球形化程度更好的CL-20晶体;温度对不同晶面影响程度不同,(2 0 0)、(0 1 1)、(2 0-1)晶面生长易被温度影响,附着能绝对值较大,晶面生长速率快,在CL-20晶体表面面积占比减小,最终在CL-20晶体中无法保留;当温度为333K时,对(2 0-1)晶面的附着能影响较大,最终使该晶面在CL-20形貌中显露。     

CL-20与HMX结晶体的研究

采用溶剂蒸发法研究了CL-20与MX结晶体的制备。通过偏光显微镜观察了结晶体的形貌:通过DSC测试分析了CL-20与HMX结晶体的热分解性能;结果表明,CL-20与HMX结晶体的形貌和热分解温度明显不同于CL-20和HMX。     

CL-20/TATB共晶的分子动力学模拟

基于CL-20的晶胞参数和主要生长面及共晶的形成原理,构建了6种CL-20/TATB共晶结构模型。运用Forcite及在MD下达到平衡后,基于平衡结构进行径向分布函数考察、X射线粉末衍射图谱计算及模型能量计算。结果表明:6种共晶模型中分子间均存在较强的氢键作用力;随机取代模型的XRD衍射峰与纯组分CL-20相近,主要生长面模型的XRD衍射峰较纯组分CL-20和TATB有很大不同,且均有新峰出现;共晶模型在生长速率最慢的(10-1)晶面上取代后的能量最低,结构最稳定。基于能量计算、径向分布函数研究,TATB取代CL-20(10-1)晶面的共晶模型更容易形成。     

溶剂-非溶剂法CL-20/TATB共同结晶降低CL-20感度的实验研究

为了降低高能炸药六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW,CL-20)的机械感度,以DMSO为溶剂,水、水+离子液体、水+乙酸、水+乙酸+离子液体分别为非溶剂,对CL-20和钝感炸药TATB进行了共同结晶研究。采用溶剂-非溶剂法重结晶,制备得到CL-20/TATB共同结晶晶体,通过红外光谱、扫描电镜、热重-差热分析及撞击感度分析。分析表明,所得晶体为几百纳米到几微米、分散性良好的、多边形或圆形片状晶体,特性落高为26.5~36.5 cm,撞击感度显著降低。     

CL-20在推进剂和发射药中的应用

对CL-20在国内外推进剂和发射药中的研究应用进行了综述。含cL一20的推进剂虽然感度稍高,但有着输出能量高、低特征信号及燃烧产物对环境污染小等优点。CL-20作为低敏感、高能填充剂可用于制造高能、低敏感发射药,在某些推进剂和发射药配方中得到了应用。     

CL-20/TNT共晶炸药热分解机理的原子模拟

利用反应力场(ReaxFF)分子动力学方法,研究了CL-20/TNT共晶高温热分解的反应动力学过程与温度和密度的关系;分析了势能和物种数量的演化分布及CL-20和TNT热分解反应的衰减动力学和反应动力学参数。产物识别分析表明,CL-20上-NO_2键的断裂是共晶热分解的初始反应路径。随着共晶密度的增加,CL-20和TNT分解的反应能垒均升高。TNT的分解过程对CL-20的分解有抑制作用。N2、H2O、CO_2为共晶热分解的最终产物,产生速率大小依次为N2H2OCO_2。     

ε-CL-20在二元混合溶剂中晶体形貌的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟的方法探究了乙酸乙酯与二溴甲烷组成的二元溶剂在298.15 K,1 atm下对ε-CL-20晶体形貌的影响。通过修正附着能模型(MAE)模型探究了溶剂-晶体相互作用,用分子动力学模拟预测了不同组成的乙酸乙酯/二溴甲烷混合溶剂中ε-CL-20的晶体形貌并与实验获得ε-CL-20的晶体形貌进行了对比。结果表明,实验获得的晶体形貌与模拟结果一致,且晶面粗糙度越大,溶剂-晶体相互作用越强。此外,还通过均方位移(MSD)分析了溶剂分子在不同晶面的扩散系数,探究了溶剂扩散速率对不同晶面的影响,并利用径向分布函数(RDF)分析了溶剂分子与晶体分子间相互作用的组成。     

含CL-20 NEPE推进剂的力学性能

采用光电子能谱(XPS)和显微红外光谱(M IR)研究了4种键合剂(M APO,22#,HX-752,T 313)与CL-20的相互作用。结果表明,键合剂可以作为CL-20的包覆剂;由于海因和三聚异氰酸酯键合剂(22#)的环状结构以及具有较多的极性基团,对CL-20的包覆性最好。含CL-20的NEPE推进剂力学性能测试结果表明,22#键合剂对提高含CL-20的NEPE推进剂体系的力学性能非常有利,其拉伸强度和断裂延伸率均有较大的提高,分别增加了18.8%和103.4%。     

纳米碳管对CL-20热分解性能的影响

用DSC和TG研究了含纳米碳管的CL-20热分解特性。结果表明,纳米碳管的加入降低了CL-20的起始分解温度和分解峰温度,活化能由原来的184．3kJ／mol降低为172．2kJ／mol,放热量也由原来的2604．48J／g降低到2256．69J／g。同时,随着纳米碳管百分含量的增大,CL-20的起始分解温度、分解峰处温度、活化能以及放热量都逐步降低。     

CL-20/FOX-7共晶的分子动力学模拟

依据共晶形成的氢键规则,搭建了7种CL-20/1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)共晶模型;采用分子动力学(MD)模拟研究了CL-20/FOX-7共晶形成的可能性;通过径向分布函数(RDF)考察了共晶模型内分子的相互作用力;采用X-射线粉末衍射(XRD)模拟分析了共晶模型与纯组分间衍射峰的区别。结果表明,FOX-7和CL-20分子间存在较强的氢键和范德华力,7种共晶模型的结合能大小顺序为:Eb(1 0 1)Eb(1 1-1)E_b(随机晶面)E_b(0 1 1)E_b(0 0 2)E_b(1 1 0)E_b(1 0-1);7种共晶模型的分子间作用力以FOX-7取代CL-20(1 0 1)、(11-1)晶面较强;7种共晶模型的XRD衍射峰相较纯组分CL-20或FOX-7区别较大。据此推测在制备CL-20/FOX-7共晶过程中,FOX-7取代CL-20(1 0 1)晶面的共晶模型易于形成。     

CL-20基高能低特征信号推进剂性能初探

开展了CL－20含量对推进剂能量性能、安全性能、燃烧性能的影响研究,研究结果表明：随着CL－20含量增加,推进剂理论比冲、密度、爆热增加,推进剂药浆、药块机械感度（冲击感度和摩擦感度综合考虑）增加,推进剂的燃速增加,含CL－20的推进剂配方的静态压强指数均低于不含CL－20的推进剂配方的压强指数。CL－20含量相同时,以NG／TEGDN为增塑剂的推进剂压强指数与以NG／BTTN的相当。     

高压下CL-20拉曼光谱和红外光谱相变研究

为了更好地认识和了解CL-20晶体结构演变规律和相变行为,利用金刚石对顶砧超高压实验技术,在0~50GPa下,研究了高压下ε-CL-20的原位拉曼光谱和红外光谱。结果表明,CL-20晶体在整个加压过程中存在两个相变,第一个相变发生在4.2~7.5GPa,认为是ε相到对称性更低的γ相转变,相变产生的原因是在压强的作用下,笼环外的硝基方向发生改变,电子云密度重置导致的分子构型转变;第二个相变发生在14.2~18.9GPa,属于γ相到ζ相的晶体结构转变;卸压后,拉曼和红外光谱恢复常压状态,表明CL-20晶体在研究压强范围内的相变过程是可逆的。     

原位傅里叶变换红外光谱研究含CL-20的NEPE推进剂的热分解

采用热裂解-气体原位池/FT-IR和固体原位池/FT-IR研究了含CL-20的NEPE推进剂的热分解,获得了分解生成的气体产物.结果表明,组分间的相互作用使硝化甘油的挥发和分解温度升高,PEG的分解温度降低;CL-20受热过程中直接由固相热裂解,不同于HMX与RDX先融化再气化裂解;AP的引入缩短了分解历程,提高了体系的分解速率.     

绿色硝解合成六硝基六氮杂异伍兹烷

以2,6,8,12四乙酰基-2,4,6,8,10,12六氮杂四环[5．5．0．0^3.11．0^5.9]十二烷（TAIW）为原料,利用绿色硝化剂五氧化二氮在硝酸介质中硝解制得CL-20。该方法通过改变硝化剂,不仅避免使用浓硫酸,而且原子经济性高,具有良好的环境效益。用元素分析、红外光谱、核磁共振、质谱等对其结构进行了检测和表征,并探讨了反应温度和反应时间对CL-20产率的影响。实验结果表明,当反应温度为0℃,反应时间为1h时,CL-20的最佳产率达62％。     

CL-20晶型转变行为及转晶机理研究进展

从六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20,HNIW)的晶型特征、转晶方式、转晶影响因素、转晶机理等4个方面总结了其晶型转变的国内外研究进展。指出影响CL-20转晶的因素主要有溶剂、温度等;转晶的方向主要由各种晶型之间的吉布斯自由能决定;转晶机理主要通过Ostwald规则和溶液介导相变(SMPT)两个方面进行解释。指出今后转晶研究发展的重点是转晶的热动力学和抑制技术。附参考文献45篇。