CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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晶体与显微分析

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    • RDX、HMX及CL-20晶体的高温高压相变研究进展

      2020, 28(9):902-914. DOI: 10.11943/CJEM2020088

      摘要 (816) HTML (462) PDF 3.20 M (5289) 评论 (0) 收藏

      摘要:环三亚甲基三硝胺(RDX)、环四亚甲基四硝胺(HMX)和六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)三种多晶型含能材料在高压/高温高压下具有丰富的相变行为及相变特征,本文总结了三种炸药在不同压力环境下的相变路径、部分相结构及p-T相图,为含能材料的爆轰行为和理论研究工作提供参考。根据目前的研究现状,发现在较复杂的相变研究上仍存在分歧,大部分高压相的结构还不明确,p-T相图不够完善,相变理论的研究也存在明显不足。指出探索含能材料的不同晶型间转化机理和获取更多相结构信息将是未来的重点研究方向。

    • 3,5-二硝氨基-1,2,4-三唑肼盐晶体结构、热性能及在CMDB推进剂中的应用

      2020, 28(12):1163-1169. DOI: 10.11943/CJEM2020069

      摘要 (453) HTML (219) PDF 1.39 M (3284) 评论 (0) 收藏

      摘要:在甲醇/水溶剂中培养了3,5-二硝氨基-1,2,4-三唑肼盐(HDNAT)单晶,利用X射线单晶衍射仪测定了结构;晶体结构解析表明HDNAT属于正交晶系,空间群为P2(1),晶胞参数a=0.35976(12) nm,b=0.9348(3) nm,c=1.1833(4) nm,V=0.393.9(2) nm3Z=2,Dc=1.91 g·cm-3μ=0.170 mm-1F(000)=230;采用TG-DTG分析了HDNAT的热性能,其分解峰温为193.17 ℃,分解历程为固相直接分解;设计并制备了含HDNAT的改性双基推进剂(CMDB)配方,测试了爆热、比容、密度、特征速度、比冲等能量特性参数和燃烧性能,实测爆热为6042 kJ·kg-1、比容为638 L·kg-1、密度为1.767 g·cm-3、特征速度为1592.3 m·s-1Φ50 mm发动机燃烧性能实测结果表明,在15 MPa压强下工作稳定,比冲可达到250.91 s,燃速较RDX-CMDB推进剂提高18.8%以上,但推进剂的部分压强指数超过0.4以上。

    • 三氨基胍硝酸盐的晶体形貌控制及性能

      2020, 28(12):1170-1177. DOI: 10.11943/CJEM2020130

      摘要 (498) HTML (251) PDF 7.90 M (4092) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用硝酸胍一步反应法制备了三氨基胍硝酸盐(TAGN),通过元素分析、FT-IR、DSC和SEM等分析手段对其结构和性能进行了表征。通过超声波辅助降温结晶法获得了规则短块状TAGN晶体,研究了超声波、晶形修饰剂、降温速率和温控程序等因素对TAGN形貌和粒度的影响规律。结果表明:超声波辅助结晶技术可有效改善TAGN的晶体形貌和控制粒径分布,晶形修饰剂和温控程序对TAGN的形貌、粒径和粒径分布具有显著影响。在超声波(功率750 W,频率20 kHz)作用下,加入0.03%聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30),通过设计的温控程序,可获得形貌规则,长径比小、表面光滑无棱角,高致密,粒度分布窄的两种粒度规格高品质TAGN晶体,其摩擦感度分别从20%降低至8%和4%,特性落高分别提高了5.9 cm和3.4 cm,密度从1.571 g·cm-3分别提高到1.586 g·cm-3和1.589 g·cm-3,初始熔点从224.8 ℃分别提高到227.7 ℃和228.2 ℃,晶体产品综合性能明显优于直接合成产品;用该产品装药将显著改善装药工艺性能和提高固含量,从而提升武器性能。

    • CL-20/1,4-DNI共晶及共晶组分的声子谱和热力学性质的第一性原理研究

      2020, 28(12):1147-1155. DOI: 10.11943/CJEM2020079

      摘要 (571) HTML (343) PDF 2.04 M (6334) 评论 (0) 收藏

      摘要:声子谱在研究固体热力学性质和化学分解反应微观过程中起着重要作用,对声子谱的研究有助于揭示含能材料的初始热解机理以及爆轰性能和感度的微观物理机制。采用色散校正的密度泛函理论方法,计算了六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)/1,4-二硝基咪唑(1,4-DNI)共晶及共晶组分的声子谱和热力学性质,通过分析声子态密度确定了声子模式存储和传递能量的方式,提出了热能流动方向,预测了引发键及撞击感度顺序。结果表明,ε-CL-20和CL-20/1,4-DNI共晶由声子态密度预测的引发键均为CL-20分子上的N─NO2键,而1,4-DNI晶体的初始热分解涉及咪唑环的开环反应。通过对比CL-20和1,4-DNI分子分别在共晶和共晶组分中的声子态密度,发现共晶中二者的热稳定性均得到改善,从而导致共晶的热稳定性优于共晶组分。根据“入口模”声子数和特征振动频率Δωd预测的撞击感度顺序均为:ε-CL-20>CL-20/1,4-DNI>1,4-DNI,与实验测定结果相一致。由声子谱计算的共晶及共晶组分的热力学参数,在相同温度下,其顺序为CL-20/1,4-DNI>ε-CL-20>1,4-DNI。低频声子对恒容热容(CV)的贡献最大,由能量转移引起的化学键断裂可能经历了多声子向上泵浦过程。

    • 超声检测方法研究HMX及TATB基PBX的热循环性能

      2020, 28(11):1095-1101. DOI: 10.11943/CJEM2019292

      摘要 (478) HTML (279) PDF 1.85 M (4179) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了获得奥克托今(HMX)及三氨基三硝基苯(TATB)基高聚物黏结炸药(PBX)热循环性能,在-40~75 ℃条件下对HMX及TATB基PBX进行热循环试验,采用超声回波法对分别经历3N个(N=0,1,2,…,9)热循环周期的炸药试件的纵、横波声速进行了测试,通过弹性模量和泊松比的超声测量方法计算得到动弹性模量(杨氏模量、剪切模量)和动泊松比,通过拉伸力学性能试验对静弹性模量进行了测试,计算得到动静弹性模量比。结果在热循环试验过程中,随着周期增加,HMX基PBX密度降低且降低速率逐步平缓,TATB基PBX密度呈先降低并速率放缓后略微回升的趋势,HMX及TATB基PBX纵波声速、横波声速、动杨氏模量、动剪切模量的变化趋势与其密度变化趋势一致,动泊松比基本不变,纵、横波声速与密度具有正相关的线性关系,静弹性模量先降低再升高,动静弹性模量比先升高再降低,静弹性模量和动静弹性模量比的变化拐点HMX基PBX在第15个热循环周期,TATB基PBX在第21个热循环周期。说明PBX热循环损伤量与密度变化和内部微损伤密切相关,超声纵、横波声速可定量评价PBX热循环试验中的热疲劳损伤;PBX动、静态弹性模量的差别是由PBX的结构特征所决定的;PBX动、静态弹性模量的变化趋势由微观机制控制,内在因素包括PBX内部的微裂隙、孔隙黏结剂流动。

    • 三种典型炸药晶体微塑性与撞击感度的相关性

      2020, 28(11):1102-1108. DOI: 10.11943/CJEM2019130

      摘要 (535) HTML (481) PDF 10.61 M (4407) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究单质炸药晶体微观性能对混合炸药宏观力学行为和撞击感度的影响,研究了梯恩梯(TNT)、黑索今(RDX)与奥克托今(HMX)三种常用炸药晶体的微塑性表征方法,并将炸药晶体的微塑性与单质炸药撞击感度进行了相关性分析。采用纳米压痕技术对三种常用炸药晶体进行了微弹性与微塑性的测试与计算,提出了以塑性能量与压痕总能量之比(ηP)量化炸药晶体微塑性的计算方法。结果表明:与压入深度计算的微塑性(δh)相比,本研究获得的炸药晶体微塑性ηP与粉末态单质炸药的撞击感度(P)达到95.8%的线性相关。本研究提出的炸药晶体微塑性量化方法将炸药晶体微塑性与其撞击感度建立起高度线性关系,为评价炸药安全等级提供了一种微观表征方法。

    • Al/Ni类含能结构材料冲击压缩特性细观模拟

      2020, 28(10):984-994. DOI: 10.11943/CJEM2020171

      摘要 (691) HTML (435) PDF 5.81 M (4461) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究含能结构材料冲击响应特性,开展了以Al/Ni为代表的含能结构材料冲击压缩细观模拟研究。结合扫描电子显微镜照片分析了三种典型Al/Ni类含能结构材料的细观结构特性,研究了材料配比、制备工艺对材料细观结构的影响规律。从细观结构照片和细观颗粒初始形态入手,分别建立了Al/Ni类含能结构材料冲击压缩细观模型,计算并比较了该类材料在冲击压缩过程中的颗粒变形、压力响应、冲击温度分布及冲击波传播特性。结果表明:Al/Ni粉末复合材料的细观颗粒主要以Ni为基体,且Al颗粒随着其含量的上升而发生团聚;而Al/Ni多层复合材料主要以Al为基体,Ni近似于平行分布其中。Al/Ni类含能结构材料细观结构存在不均匀特性,导致其在冲击压缩过程中产生局部高压和热点,而这一特性无法由基于材料初始颗粒形态建立的均匀化细观模型得到。

    • 共晶炸药晶体稳定性和爆轰能量提升策略的理论研究

      2020, 28(9):854-860. DOI: 10.11943/CJEM2020020

      摘要 (711) HTML (444) PDF 1.52 M (9295) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究影响共晶炸药晶体稳定性和爆轰能量的关键因素,基于第一性原理方法对六硝基六氮杂异伍兹烷/奥克托今(CL-20/HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷/三硝基甲苯(CL-20/TNT)、苯并三氧化呋咱/1,3,5-三硝基苯(BTF/TNB)、3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮/5,6,7,8-四氢四唑并三嗪 (NTO/TZTN)等16种共晶炸药的晶体结构、分子间相互作用、物理化学性质参数、晶体稳定性及爆轰能量进行了研究。结果表明,分子间氢键强度小于21 kJ·mol-1时,共晶晶体稳定性主要由氢键数量决定;氢键强度大于21 kJ·mol-1时,共晶晶体稳定性主要由氢键强度决定。相对于单组分炸药,共晶炸药大多具有较好的氧平衡和氮含量,但晶体密度普遍较小,导致爆轰能量相对于单组分炸药并无明显优势。以CL-20共晶炸药为例,共晶设计需提升分子间氢键的强度,而非仅增大氢原子计量比、增加氢键数量以提升晶体稳定性。该策略能兼顾较好的氧平衡、氮含量和晶体密度,从而实现共晶炸药晶体稳定性和爆轰能量的实质性提升。

    • HMX晶体颗粒微结构的原位变温X射线小角散射

      2020, 28(9):848-853. DOI: 10.11943/CJEM2020070

      摘要 (592) HTML (357) PDF 2.30 M (4431) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究温度作用下奥克托今(HMX)晶体的微结构演化和热安定性,使用原位变温X射线小角散射(SAXS)和广角散射(WAXS),对比研究了平均粒径为5 μm和20 μm两种HMX晶体颗粒的缺陷演化和相变行为。WAXS结果表明,HMX(5 μm)的βδ相变起始温度为194 ℃,比HMX(20 μm)的相变起始温度高8 ℃。Guinier定理拟合分析表明,两种HMX晶体在150 ℃均开始生成微缺陷,其回转半径约为0.9 nm;随温度升高,微缺陷的体积分数增加,高温下生成的微缺陷在降温过程不会消失;HMX(20 μm)的微缺陷含量高于HMX(5 μm)。微缺陷的累积会导致HMX晶体内部生成微裂纹,甚至发生开裂。SAXS、WAXS和扫描电镜观测结果均表明HMX(5 μm)具有更为优异的热安定性。讨论了微缺陷的生成机制,以及微缺陷对HMX感度的潜在影响。

    • 基于研磨过程研究TNT/NNAP含能共晶形成机理

      2020, 28(9):861-864. DOI: 10.11943/CJEM2020078

      摘要 (523) HTML (482) PDF 713.60 K (4396) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究2,4,6-三硝基甲苯(TNT)/1-硝基萘(NNAP)含能共晶形成过程,采用粉末X射线衍射(PXRD),傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR)和差示扫描量热仪(DSC)在0,10,20,30,40,50 s以及2 min时刻下,对TNT/NNAP体系进行了研究。PXRD结果显示,不同研磨时间下的TNT/NNAP,在衍射角2θ=25.8°处首先出现新衍射峰并逐渐增强,该衍射峰对应TNT/NNAP共晶的{2 1 1}晶面;FTIR结果显示,随着反应的进行,TNT中C—N—O的弯曲振动峰(716 cm-1)发生蓝移且峰变得尖锐,TNT苯环上C—C的弯曲振动峰(734 cm-1)发生红移;DSC结果表明,TNT/NNAP共晶形成过程中在50,61,65 ℃出现三个吸热峰。结果表明,TNT/NNAP共晶首先在{2 1 1}晶面堆积,氢键和π-π堆积在形成TNT/NNAP共晶中起关键作用,TNT/NNAP生成2个低共熔物,再转化为共晶,共晶的熔点为65 ℃。

    • 诱导期法研究过饱和度对LLM-105成核的影响

      2020, 28(9):841-847. DOI: 10.11943/CJEM2020001

      摘要 (593) HTML (457) PDF 1.56 M (4624) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)的结晶成核过程,利用CrystlScan多通道结晶仪测量了不同过饱和度比下LLM-105反溶剂结晶成核诱导期。采用诱导期测量法研究了过饱和度对LLM-105成核的影响并结合经典成核理论计算了成核的重要参数。结果表明,LLM-105反溶剂结晶的诱导期随过饱和度的增大而降低。当过饱和度比S<2.53时,主要发生异相成核,界面张力γ值为6.67717×10-23 J·m-2,表面熵因子f值为1.49;当S>2.53时,主要发生均相成核,界面张力γ值9.98942×10-23 J·m-2表面熵因子f值为2.23。表面熵因子值均小于3,表明LLM-105在乙酸乙酯为反溶剂结晶中的生长方式为连续生长机制。另外,当LLM-105反溶剂结晶为发生均相成核时,成核速率随着过饱和比的增加而增加,临界晶核半径和临界成核数量均随着过饱和比的增加而减小。

    • TKX-50在甲酸/水混合溶剂中生长形貌的分子动力学模拟

      2020, 28(9):865-873. DOI: 10.11943/CJEM2019096

      摘要 (691) HTML (455) PDF 6.82 M (4930) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究甲酸/水混合溶剂对含能离子盐5,5′-联四唑-1,1′-二氧二羟铵(TKX-50)生长形貌的影响,采用分子动力学方法计算了TKX-50晶面与甲酸/水混合溶剂之间的相互作用能。使用修正的附着能模型预测了TKX-50在不同体积比的甲酸/水(1/4,1/3,1/2,1/1和2/1)混合溶剂中的生长形貌,并且模拟了温度对TKX-50生长形貌的影响。结果表明,改变混合溶剂中甲酸的体积比,能够显著改变TKX-50的晶习。当甲酸/水的体积比为1/2,温度为298 K时,TKX-50的晶体形貌更接近球形。径向分布函数分析表明,TKX-50的(1 1 0)晶面与混合溶剂分子间同时存在氢键、范德华力和静电力。

    • 三种联结方式对典型双四唑含能材料晶体结构和性能的影响

      2020, 28(9):834-840. DOI: 10.11943/CJEM2020094

      摘要 (676) HTML (327) PDF 4.48 M (4955) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究不同联结方式对双四唑含能材料结构和性能的影响,比较分析了5,5′-联四唑-1,1′-二氧羟铵盐(TKX-50)、5,5′-偶氮四唑-1,1′-氮氧化物二羟氨盐(ATZO-1)、5,5′-偶氮四唑-5-氮氧化物钠(ATO-Na)等三个化合物的晶体数据,从键长、键角、二面角、氢键作用等微观层面总结了偶氮键(─N􀰗N─)和氧化偶氮键(─N􀰗N(O)─)的引入对双四唑化合物结构的影响。研究发现两个四唑环分子直接相连形成的联四唑结构最为致密,对称和致密结构使其具有高的晶体密度,采用玻恩-哈伯循环(Born-Haber cycle)和热力学中盖斯(Hess)定律计算了TKX-50、ATZO-1和5,5′-偶氮四唑-5-氮氧化物二羟氨盐(ATO-1)的生成热,根据Kamlet-Jacobs公式(K-J方程)计算了其爆轰参数,比较发现,─N􀰗N─和─N􀰗N(O)─引入到联四唑中可降低其晶体密度,在一定程度上提高其生成焓,由于晶体密度相差较大,TKX-50仍具有最高的爆轰性能。

    • 八种溶剂体系中HMX晶体形貌的分子动力学模拟和实验研究(英)

      2020, 28(4):317-329. DOI: 10.11943/CJEM2020019

      摘要 (1191) HTML (709) PDF 0.00 Byte (4224) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用附着能模型(AE模型)和分子动力学方法(MD方法)预测了奥克托今(HMX)在八种常用有机溶剂中的重结晶形态。结果表明,在真空中预测得到HMX晶体形态的优势晶面分别为:(0 1 1),(1 1 -1),(0 2 0),(1 0 0)和(1 0 -2)。其中(1 0 0)面是极性最大的晶面,并且与溶剂分子的相互作用能最大,因而导致该面的生长速度变慢,并在最终的晶体形态中成为面积较大的优势面。(1 0 -2)和(0 2 0)是与溶剂分子具有较小相互作用能的晶体面,在最终的晶体形态中这两个面表现为面积最小的晶面甚至是消失。计算了晶体形态的长径比,其顺序为:环戊酮>环己酮>N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)>吡啶>丙酮>磷酸三乙酯>碳酸丙烯酯>二甲基亚砜(DMSO),这表明在二甲基亚砜和碳酸丙烯酯中进行重结晶实验更有利于HMX的球化。采用自然冷却方法在八种纯有机溶剂中对HMX进行了重结晶实验,重结晶实验结果与AE模型的模拟结果吻合良好,这表明AE模型适用于预测HMX的晶体形态,对HMX重结晶实验具有指导作用。

    • 含能晶体密度预测的研究进展

      2020, 28(1):1-12. DOI: 10.11943/CJEM2018269

      摘要 (2827) HTML (2904) PDF 0.00 Byte (5361) 评论 (0) 收藏

      摘要:密度是决定含能材料爆轰性能的重要参数。为评估现有CHON类含能材料密度的计算方法,对等电子密度面法、分子表面静电势法、基团加和法、晶体堆积法、定量构效关系法、经验公式法等进行分析和归类。结果表明,基于分子体积预测方法的精度取决于分子间和分子内相互作用对密度影响描述的准确度。其中,准确描述氢键和van der Waals作用充满了挑战性。基于晶体体积计算密度的核心在于晶体结构的准确预测,结构搜索要面对巨大的状态空间和高度复杂的能量曲面的困难,预测效率是亟待解决的问题。体积加和法和经验公式法存在无法区分同分异构体和晶型的缺点,且对新发现的具有特殊结构的分子由于缺乏实验数据难以获得准确的经验参数,计算结果偏差较大。引入人工神经网络、遗传算法以及支持向量机等机器学习算法后,定量构效关系法在含能化合物性能与结构关系研究中取得很大成就,模型精度进一步提高将为基于材料基因组模式的含能材料设计研发奠定基础,这也是今后密度预测方法发展的主要方向。

    • 不同晶体特性CL‍-20热晶变规律与动力学

      2023, 31(2):142-151. DOI: 10.11943/CJEM2022122

      摘要 (504) HTML (163) PDF 1.68 M (3779) 评论 (0) 收藏

      摘要:六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‍-20)的晶型转变与控制技术是含能材料领域的热点,也是其应用推广时必须解决的关键问题。为了更加深入掌握不同晶体特性ε‍-CL‍-20的晶型转变规律与机制,采用原位X射线粉末衍射仪技术,对其热晶变行为及等温晶变动力学进行研究,探讨了晶体表面及内部缺陷对CL‍-20的εγ热晶变行为的影响,计算了不同晶体特性ε‍-CL‍-20的等温晶变动力学并获得了相关参数。结果表明,温度是影响ε‍-CL‍-20热晶变的主导因素,对于几十到几百微米的ε‍-CL‍-20,随着晶体内部及表面缺陷的增多,热晶变起始温度降低、热晶变速率增大。与粒径100 μm的ε‍-CL‍-20晶体相比,超细ε‍-CL‍-20(0.5~1 μm)的热晶变起始温度更高,热晶变速率也较快,并从晶体缺陷的两面性解释了超细ε‍-CL‍-20的异常热晶变行为。CL‍-20在热刺激作用下发生εγ晶变时,晶体的表面缺陷及内部缺陷作为相变过程的薄弱环节对其有诱导作用,γ晶型在ε‍-CL‍-20晶体上成核势垒较低的空位、杂质或位错等缺陷处优先成核,随后在这些位置逐渐长大。

    • 炸药晶粒包覆结构对PBX动态损伤影响的近场动力学模拟

      2023, 31(2):160-169. DOI: 10.11943/CJEM2022145

      摘要 (268) HTML (145) PDF 2.32 M (2677) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究包覆结构对高聚物粘结炸药(PBX)动态损伤的影响,基于非局域近场动力学理论(Peridynamics, PD),结合Voronoi方法构建了含单层或双层包覆结构的高聚物粘结炸药(Polymer bonded explosive, PBX)的PD计算模型,模拟了不同加载条件下PBX的损伤响应。模拟结果显示,采用粘接剂1包覆时,相比于单层包覆而言,当加载速度分别为20,40 m·s-1和60 m·s-1时,双层包覆结构使HMX晶粒的损伤分别降低了42.8%、87.2%和46.8%,明显降低了PBX中HMX晶粒的损伤。HMX晶粒采用单层包覆结构时,损伤模式主要表现为穿晶损伤,采用双层包覆结构时,损伤模式转变为沿晶损伤。研究还得到了双层包覆结构下不同包覆材料对HMX损伤影响的定量结果,并据此得到了不同包覆结构的性能排序。同时发现包覆结构能够影响HMX晶粒内应力状态,从而影响HMX损伤程度。

    • 基于膜分离的HMX绿色结晶制备与表征

      2023, 31(1):8-17. DOI: 10.11943/CJEM2022134

      摘要 (340) HTML (227) PDF 2.36 M (3663) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对常规炸药结晶方法(蒸发、溶析及降温等)过饱和度均一性调控难、溶剂回收率低等问题,设计了基于压力驱动、错流过滤的有机溶剂纳滤(OSN)膜结晶装置,并用于奥克托今(HMX)的膜结晶工艺研究。探讨了关键工艺参量(温度、压力)对其结晶形态和粒度的影响,与蒸发结晶进行了晶体形貌、结构的对比。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)等方法表征了2种方法重结晶后的HMX晶体。进一步考察了纳滤膜的长期操作稳定性,并将渗透回收的溶剂进行了再次膜结晶。结果表明,通过对温度与压力的优化控制,膜结晶工艺能够获得粒度分布窄(变异系数<46%)、晶体密度高(ρavg=1.8997~1.9004 g·cm-3)及热稳定性优异的β-HMX。相较蒸发结晶,膜结晶过程中的过饱和度调控更易操作,制备的晶体形态更加均一;纳滤膜多次重复使用后,对溶剂中HMX分子的截留率仍能保持在92%以上,表现出良好的渗透选择稳定性;采用渗透回收的溶剂进行膜结晶仍能获得中值直径为34.92 μm、变异系数为37.22%的β型HMX晶体,表明该技术能够实现对结晶溶剂的高效回收再利用。

    • 基于X射线显微CT的PBX热冲击损伤特征

      2022, 30(9):959-965. DOI: 10.11943/CJEM2021247

      摘要 (176) HTML (132) PDF 2.07 M (3845) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究小尺寸高聚物黏结炸药(polymer bonded explosive,PBX)半球的热冲击损伤特征,针对Φ10 mm TATB基和HNS基PBX半球样品开展了0~100 ℃水浴温度冲击实验,利用X射线显微层析成像(Micro-computed tomography,μCT)技术研究了样品损伤的三维形态和分布特征,并采用热弹塑性二维轴对称模型对样品温度冲击过程的热传导和热应力进行了模拟分析。CT结果表明温度冲击后2种样品均由边角起裂,其中TATB基PBX半球沿边部环向扩展,形态曲折,具有撕裂和脆断特征;HNS基PBX半球沿轴向基本贯穿,形态平直,具有脆断特征。数字模拟结果表明温度冲击过程中TATB基PBX半球内部产生较强的拉应力,由边角区域至中心区域拉应力先后超过其拉伸强度,导致主裂纹由半球边角区域萌生并向内扩展。样品损伤形态与温度冲击作用下的应力分布特征、黏结剂温度特性吻合。本研究为TATB基和HNS基PBX温度冲击损伤机理分析奠定了基础。

    • 金属-炸药界面脱粘缺陷的多次超声脉冲反射检测及成像

      2022, 30(9):952-958. DOI: 10.11943/CJEM2021035

      摘要 (165) HTML (146) PDF 2.33 M (5345) 评论 (0) 收藏

      摘要:金属-炸药粘接界面的结构完整性评价具有重要意义和工程应用价值。为实现金属-炸药界面脱粘缺陷的高灵敏度检测,研究了基于多次超声脉冲反射的检测和成像方法,计算分析了铝、虫胶、黑索今(RDX)炸药3种介质的声阻抗以及粘接界面的超声反射特性,进一步针对不同胶层厚度和人工预制脱粘缺陷试件提取和分析了3次回波信号,讨论了不同胶层厚度对脉冲多次回波幅值的影响规律。实验结果表明,铝-胶界面、铝-水界面的反射波幅值差异明显,一次与多次回波均能有效区分有无胶层的区域,铝-胶界面引起的声衰减在多次回波中持续累加。随着胶层厚度增加,铝-胶和铝-水界面的声衰减特性差异在超声多次回波中体现的累加效应逐渐减弱。人工预制缺陷检测实验结果表明,多次超声脉冲反射法可以检出最小圆形Φ1.5 mm和矩形1 mm宽的脱粘缺陷。

    • 五唑阴离子盐前驱体2,6-二甲基-4-氨基苯酚盐酸盐晶体的制备及特性

      2022, 30(5):475-482. DOI: 10.11943/CJEM2021245

      摘要 (383) HTML (182) PDF 2.52 M (3629) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善2,6-二甲基-4-羟基苯基五唑的产率和纯度问题,实验探讨了以2,6-二甲基苯酚为原料,经亚硝化、还原、成盐三步反应制备芳基五唑的母体原料2,6-二甲基-4-氨基苯酚盐酸盐(DMAPH)晶体的方法。采用红外光谱(IR)、X-射线单晶衍射(SCXRD)、扫描电镜(SEM)、X-射线粉末衍射(PXRD)、差示扫描量热分析(DSC)和理论计算对其化学结构、晶体结构、晶体形貌和稳定性能进行表征。结果表明:以亚硝酸钠和冰乙酸作为亚硝化试剂,亚硝化产率可达90%以上。通过改变析晶溶剂,可获得片状、针状、块状和板状形貌的盐酸盐晶体,而温度只会影响析出晶体的粒径大小。甲醇溶剂析出的DMAPH晶体主要占比晶面是(400)晶面,其他溶剂析出的主要占比晶面为(214)晶面。DMAPH的分解峰温在220~240 ℃,具有良好的热稳定性,相比无定型的DMAPH粉末,晶体对空气的稳定性较好,比较适合长期储存。

    • NTO·(3,5-DATr)含能离子盐和NTO/IMZ含能共晶的制备、晶体结构及性能

      2022, 30(2):111-120. DOI: 10.11943/CJEM2021094

      摘要 (471) HTML (288) PDF 1.52 M (5344) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善钝感炸药3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)的酸性,将NTO分别与3,5-二氨基-1,2,4-三唑(3,5-DATr)、咪唑(IMZ)反应,制备得到了NTO·(3,5-DATr)含能离子盐()和NTO/IMZ含能共晶()。通过溶剂挥发法培养得到了单晶,利用X-射线单晶衍射仪确定了其晶体结构。晶体属于单斜晶系,空间群为P21/cMr=229.19,晶胞参数a=3.5687(7) Å,b=17.245(3) Å,c=14.655(3) Å,β=93.79(3),V=899.9(3) Å3Z=4,Dc=1.692 g·cm-3;晶体属于正交晶系,空间群为PbcnMr=207.17,晶胞参数a=16.9398(16) Å,b=5.6802(5) Å,c=17.9111(19) Å,V=1723.4(3)Å3Z=4,Dc=1.597 g·cm-3。采用差示扫描量热法(DSC)和热失重法(TG)研究了其热分解行为,结果表明二者均具有良好的热稳定性。运用Gaussian 09程序对化合物结构进行优化并计算其生成焓,用EXPLO 5软件对二者的爆速和爆压进行了评估(D=7662.3 m·s-1p=21.0 GPa;D=6490.2 m·s-1p=14.6 GPa)。采用BAM方法测试了其机械感度,结果表明,二者均对撞击和摩擦钝感(IS>40 J,FS>360 N)。利用pH计测试了化合物标样的pH值,在0.01 mol·L-1的标准溶液中NTO,的pH值分别为2.92(22.8 ℃), 4.10(22.7 ℃),4.98(22.8 ℃),表明盐和共晶的形成在一定程度上改善了NTO的酸性。

    • 五唑羟胺/盐酸羟胺共晶化合物的合成、晶体结构和性能

      2022, 30(2):96-102. DOI: 10.11943/CJEM2021282

      摘要 (858) HTML (459) PDF 1.29 M (7404) 评论 (0) 收藏

      摘要:以五唑银盐(或五唑羟胺盐)和盐酸羟胺为原料,设计并合成了一种新型的基于五唑阴离子的含能共晶化合物(NH3OH+N5-2·NH3OH+Cl-·H2O。采用单晶X-射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱(IR)和元素分析对该化合物的结构进行了表征,晶体属于单斜晶系,P21/n空间群,晶胞参数为a=3.8390(6) Å,b=14.665(2) Å,c=21.975(3) Å,V=1236.4(3) Å3α=γ=90°,β=92.034(3)°,Z=1,Dc=1.589 g·cm-3。利用差示扫描量热仪(DSC)和热失重分析仪(TG)对(NH3OH+N5-2·NH3OH+Cl-·H2O的热稳定性进行了研究,结果显示其初始分解温度约为95.6 ℃,热稳定性良好。通过EXPLO5计算其爆速为8260 m·s-1,爆压为23.79 GPa。该共晶化合物具有较低的撞击和摩擦感度(IS>40 J;FS>360 N),盐酸羟胺的共结晶大大降低了NH3OH+N5-的机械感度。

    • NEPE推进剂无损型贮存寿命预估

      2022, 30(2):163-170. DOI: 10.11943/CJEM2021056

      摘要 (555) HTML (269) PDF 1.06 M (7066) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现对硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂药柱贮存寿命进行预估时的测量无损性,通过对施加10%定压缩应变的NEPE推进剂进行高温热加速老化实验、气体含量监测实验、单向拉伸力学性能实验,基于相关性分析和寿命预估模型,提出了一种以特征气体含量变化为基础数据的无损型寿命预估模型。结果表明,NEPE推进剂贮存老化过程中,CO气体释放量最大,不同温度条件下的释放量均达到1300 mg以上,且其和NO气体均呈现老化初期释放量增长缓慢,后期迅速增加的规律,HCl气体释放量在老化初期和后期增长较快,老化中期增长较慢;老化初期最大抗拉强度σm和最大延伸率εm小幅增大,老化中期前者小幅震荡,后者逐渐增大,老化后期两者均急剧减小;不同温度条件下CO气体释放量与最大抗拉强度关联度值最大,为0.93~0.95,且两者存在单一相关性;基于传统老化寿命预估模型和改进的老化寿命预估模型,建立了四种NEPE推进剂寿命预估方法,通过相关性系数比较和预估结果分析,得出以CO气体释放量作为预估参数的改进型寿命预估模型的相关性系数最大,寿命预估结果最为有效。

    • 基于生物传感的痕量炸药检测方法研究进展

      2022, 30(10):1047-1054. DOI: 10.11943/CJEM2021277

      摘要 (330) HTML (186) PDF 2.52 M (9119) 评论 (0) 收藏

      摘要:2,4,6-三硝基甲苯(TNT)是军事活动中最重要的武器能源体,其不仅具有强大的毁伤作用,同时还具有化学毒性,即使是痕量的TNT,也会对自然环境、人类健康造成严重威胁。因此,发展具有高灵敏、高准确性、快响应的痕量炸药检测技术,对保护生态环境、维护人类健康具有深远研究意义。在众多痕量检测技术中,生物传感技术具有选择性好,合成简单,响应快,灵敏度高等优势,具有良好的应用前景。本文综述了近年来生物传感技术在痕量炸药检测中的研究进展,重点讨论了抗体免疫、肽、适配体、酶以及多参量加载5大类生物传感器的优势以及局限性。其中基于适配体制备的传感器对炸药分子具有良好的亲和力以及特异性,检出限相较于其他几类传感器低1000倍,且稳定性良好,易于改造修饰,结构拓展能力强。今后研究的重点为基于适配体等生物受体元件构筑的高通量痕量炸药传感系统,结合神经网络算法,机器学习技术,构筑具有多重检测以及仿生遥感性能的痕量炸药生物传感技术。

《含能材料》编辑部

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