2025年第33卷第6期      

>含能快递

• 含能快递-2025第6期

  梁导伦

  2025,33(6):555-556, DOI:

  摘要(78) HTML(6) PDF(1.05 M)( 93)

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>制备与性能

• 4，4，8，8-四硝基-2，6-二氧杂金刚烷的合成及表征

  李欢, 周琪, 侯天骄, 王桂香, 罗军

  2025,33(6):557-564, DOI: 10.11943/CJEM2025012

  摘要(81) HTML(5) PDF(1.02 M)( 98)

  摘要：以 9-氧杂双环［3.3.1］壬-2，6-二烯为原料经氧化环合、氧化、肟化、偕硝化四步反应合成了一种新型笼状含能化合物4，4，8，8-四硝基-2，6-二氧杂金刚烷。利用核磁共振、红外、元素分析对目标化合物进行了结构表征，通过X-射线单晶衍射确定了晶体结构，采用热重分析（TG）和差示扫描量热法（DSC）联用研究了热稳定性，通过EXPLO5预测了爆轰性能。结果表明，4，4，8，8-四硝基-2，6-二氧杂金刚烷的晶体密度为1.75 g·cm^-3，属单斜晶系，P2₁/c空间群，起始分解温度为190.6 ℃，爆速为7705 m·s^-1，爆压为25.75 GPa。

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• 一种新型吡唑并三嗪含能K-MOF的合成及性能

  陈政国, 张莉, 邹佳, 李浩然, 张笑天, 谢虎根, 石海川, 周乾再, 黄明, 杨海君

  2025,33(6):565-572, DOI: 10.11943/CJEM2025024

  摘要(64) HTML(2) PDF(1.23 M)( 86)

  摘要：以5-氨基吡唑为原料，经重氮化环化、环加成和硝化反应合成得到富氮稠环与钾离子形成的三维含能金属有机骨架（3D EMOF）化合物4-硝氨-3，8-二硝基吡唑并［5，1-c］［1，2，4］三嗪钾盐（4）。采用核磁共振（NMR）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、质谱（MS）、X-射线单晶衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）等对化合物4进行了分析表征，运用BAM标准测试方法测试了摩擦感度和撞击感度，并基于等键反应方程与EXPLO5软件预测其爆轰性能。结果表明，化合物4的晶体属于单斜晶系，P2₁/c空间群，具有三维金属有机骨架（MOF）结构，150 K时密度高达2.021 g·cm^-3；化合物4的热分解温度为203.4 ℃，理论爆速为8717 m·s^-1，理论爆压为33.5 GPa，摩擦感度为168 N，撞击感度<3 J。

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• 两种新型高氯酸基钙钛矿含能材料的合成、结构与性能

  张鑫慧, 邓沐聪, 张春杰, 胡双启, 冯永安

  2025,33(6):573-580, DOI: 10.11943/CJEM2025047

  摘要(84) HTML(2) PDF(1.22 M)( 98)

  摘要：作为一种新兴的高能物质，钙钛矿含能材料研究方兴未艾，其种类和数量有待加速拓展。研究采用溶液法合成首个高氯酸基的双钙钛矿含能材料｛（C₆H₁₄N₂）₂［Na（NH₄）（ClO₄）₆］｝_n（DPE-1）且制得单钙钛矿含能材料［（C₄H₁₂N₂）K（ClO₄）₃］_n（PAP-2），研究了DPE-1和PAP-2的化学结构、热稳定性、爆轰性能和机械感度。X-射线单晶衍射分析表明，DPE-1具有双钙钛矿结构，属Pa-3空间群，PAP-2具有单钙钛矿结构，属Pnma空间群。DPE-1的热分解温度、爆轰能量和机械感度分别为T_dec=368.9 ℃、D=8858 m·s^-1、p=38.4 GPa、IS＞40 J、FS=20 N，与已报道的高碘酸基双钙钛矿含能材料（C₆H₁₄N₂）₂［Na（NH₄）（IO₄）₆］｝_n（DPPE-1）相比均大幅度改变，验证在双钙钛矿结构空间中寻求高性能绿色起爆药的可行性。PAP-2与同系列的单钙钛矿含能材料具有相当的热稳定性（T_dec＞280 ℃）和爆轰能量（爆速D＞8500 m·s^-1且爆压p＞30 GPa），但撞击感度显著增高，摩擦感度明显降低。

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• 表面改性硼及硼铝复合粉的制备和性能

  伍俊英, 王健宇, 刘新航, 胡良, 尚伊平, 刘丹阳, 陈朗

  2025,33(6):581-588, DOI: 10.11943/CJEM2024290

  摘要(69) HTML(2) PDF(1.68 M)( 86)

  摘要：硼粉因其较高的质量热值、体积热值和洁净的燃烧产物，常被用作可燃剂，然而硼粉表面的氧化层使硼粉点火困难且燃烧效率低。为此，研究利用氧化硼在乙腈溶剂中易溶解的特性，以热乙腈为控制剂湿法球磨硼粉，去除其表面氧化膜得到活性较高的预处理硼粉；再以乙腈-正己烷为双控制剂，将其与高活性金属铝二次球磨得到硼铝质量比分别为10/90，20/80，30/70，40/60的硼铝复合粉。对预处理硼及硼铝复合粉的形貌特征、热重、点火与燃烧特性进行了测试。结果表明：预处理硼粉的表面氧化硼含量降低，在空气中加热时更容易与氧气反应，质量增加百分数比未处理的硼粉多25.6%；所得硼铝复合粉的表面氧化硼的含量降低，活性硼含量增高，点火燃烧性能显著得以改善，其中硼铝质量比例为60/40的复合粉在空气中加热质量增加93%，低加热速率下点火温度为738.1 ℃，颗粒燃烧时间为11.2 ms。

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>推进与发射

• PVDF含量对铝基固体推进剂燃烧性能的影响规律

  陈文聪, 邓皓源, 石情文, 张子怡, 孙一, 罗国强, 沈强

  2025,33(6):589-600, DOI: 10.11943/CJEM2025008

  摘要(73) HTML(2) PDF(6.54 M)( 87)

  摘要：为研究聚偏二氟乙烯（PVDF）含量对铝基固体推进剂燃烧性能的影响。通过溶剂-非溶剂法制备了包覆量为2%~14%的Al@PVDF复合粉体。结合热重-差热分析、定容燃烧及同步点火等测试方法，对比分析了复合铝粉的热反应性和相应固体推进剂的能量及燃烧性能。结果表明，PVDF包覆结构能显著提高铝粉的热反应性，PVDF包覆量为6%时，铝粉的热增重和放热焓达最大值78.96%和16.14 kJ·g^-1。随PVDF含量的增加，固体推进剂的释能量呈先增后减，再增再减的变化趋势，包覆量为10%时，固体推进剂最大放热量为6026 J·g^-1、增压值为4.45 MPa；铝氧反应的点火延迟由53 ms降低至12 ms；燃速压力指数由0.43降至0.36再降至0.26的三阶段演变。冷凝燃烧产物（CCPs）阐明了PVDF含量对燃烧性能的阶段性作用机制：低包覆量（2%~4%）时，热解产物抑制铝熔融团聚；中包覆量（6%~8%）时，能加速颗粒破碎点火，还会诱发二次团聚；高包覆量（10%~14%）时，过量热解产物会促进团聚体在气相区的二次破碎。

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• B/AP/PVDF复合含能微球的悬浮燃烧特性

  强月, 梁导伦, 王军, 王珊, 王建, 许王子, 林日琛, 沈德魁

  2025,33(6):601-609, DOI: 10.11943/CJEM2025065

  摘要(64) HTML(3) PDF(1.59 M)( 85)

  摘要：硼（B）基复合含能材料的能量密度较大，广泛应用于火炸药领域。研究通过乳液和溶剂蒸发法用不同聚偏二氟乙烯（PVDF）质量含量（5%、10%、15%和20%）制备了B/高氯酸铵（AP）/PVDF复合含能微球，并采用扫描电子显微镜对其表面微观形貌进行表征，利用超声悬浮激光点火系统研究了不同PVDF含量的复合含能微球悬浮燃烧特性，通过对B/AP/PVDF复合含能微球微爆燃烧特性的在线诊断，筛选出燃烧特性最优的PVDF含量的微球。结果表明，所得微球表面近似球形，其悬浮燃烧可分为发展燃烧、稳定燃烧和衰减燃烧3个阶段，过程中都伴有“微爆”现象，PVDF含量为10%时具有最大的火焰面积和亮度，最强的BO₂发射光谱（11291.8 counts），最大的BO₂峰值面积积分（128516.8）和最高的表面燃烧温度（1243.8 ℃），这些结果表明微球的PVDF含量为10%时具有最优的燃烧特性和能量释放特性。

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• TDI体系固化反应原位拉曼光谱研究及密度泛函理论计算

  洪天骄, 康燕, 田鹏飞, 轩福贞

  2025,33(6):610-616, DOI: 10.11943/CJEM2025009

  摘要(64) HTML(1) PDF(1.18 M)( 86)

  摘要：为了研究原位光谱技术在甲苯二异氰酸酯（TDI）体系含能材料固化反应过程监测中的应用，采用原位拉曼光谱和红外光谱方法研究了3，3-双（叠氮甲基）氧杂环丁烷与四氢呋喃共聚醚（PBT）-TDI体系固化反应前后谱图，分析了可用于定量监测固化反应进程的拉曼特征峰，并对监测结果进行了评估；采用密度泛函理论（DFT）方法对反应物和产物的拉曼光谱图特征峰振动模式进行了指认，讨论了利用红外光谱和拉曼光谱方法监测的固化反应结果间的关联性。结果表明：PBT-TDI体系拉曼光谱中的1534 cm^-1峰信噪比过低，不适用于定量分析；基于拉曼光谱中1743 cm^-1峰计算的体系反应程度高于1505 cm^-1峰及红外光谱2269 cm^-1峰所得结果；拉曼光谱中的1505 cm^-1峰与异氰酸酯基团（NCO）伸缩振动相关，由1505 cm^-1峰和红外光谱2269 cm^-1峰计算得到的反应程度结果间的差异来自于单个NCO基团参与反应的TDI分子数量，两者具有互补作用。

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• 固体推进剂固化体积收缩率及固化动力学的模拟研究

  周涛, 杜燕桃, 谢旭源, 钟山伟, 俞育洋, 刘向阳, 周东谟

  2025,33(6):617-624, DOI: 10.11943/CJEM2025028

  摘要(65) HTML(3) PDF(1.23 M)( 89)

  摘要：设计了一种固体推进剂固化体积收缩率测试装置，开展了HTPB/IPDI推进剂固化体积收缩率在线监测试验，获得了推进剂固化过程中的固化体积收缩率与时间变化关系，通过构建固化体积收缩率-固化度-固化动力学关联关系，获得了推进剂在固化过程中的固化度变化规律以及固化动力学模型。结果表明：HTPB/IPDI推进剂固化过程中固化体积收缩率变化呈三段式S型变化规律，最大固化体积收缩率约为0.108%，最大固化反应速率为7.809×10^-6；在等温固化过程中HTPB/IPDI推进剂的固化反应速率曲线呈钟形曲线，推进剂热固化具有自催化特性；HTPB/IPDI推进剂自催化动力学模型的指前因子A₀为379.087 s^-1，反应级数m、n分别为0.711、1.501。研究结果为测试推进剂固化体积收缩率、明晰复合固体推进剂固化反应特征提供一种新方法。

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• 基于机器学习的超细HNS固相熟化预测模型

  朱金灿, 王超, 曹洪滔, 王敦举, 张浩斌, 李诗纯, 金波, 刘渝

  2025,33(6):625-634, DOI: 10.11943/CJEM2025060

  摘要(72) HTML(3) PDF(1.79 M)( 85)

  摘要：超细六硝基茋（HNS）因其优异的热稳定性和良好的高压短脉冲性能，在冲击片雷管等领域得以广泛应用。然而，在超细HNS的使役过程中因其高表面能，易发生固相熟化。尽管已有研究从不同角度探讨了温度、残余溶剂和时间等因素对超细HNS固相熟化过程的影响，但这些研究大多集中于单一或少数几个因素的分析，尚未建立能够整合多种影响因素的预测模型。为此，研究基于先前通过小角X射线散射（SAXS）在不同温度条件和残余N，N-二甲基甲酰胺（DMF）含量下获得的比表面积（SSA）和相对比表面积（RSSA）数据，采用机器学习方法以及优化的经验模型，构建了一个综合考虑时间、温度和残余DMF含量的预测模型。结果显示，在训练集上，随机森林预测的R²达到了0.9989，多项式回归模型拟合的R²为0.9091，优化后的经验模型的R²为0.9129。通过对比这三个模型的预测效果，找出了最适合预测超细HNS固相熟化进程的模型。此外，通过纯度测试、扫描电子显微镜（SEM）等手段揭示了颗粒特性的差异对超细HNS固相熟化程度具有显著影响。本研究提供了一种预测超细HNS固相熟化进程的方法，为探索其熟化机理及优化贮存稳定性奠定了基础。

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• 压装工艺参数对异形药柱装药影响的模拟研究

  罗春旺, 苟瑞君, 于晓东, 张树海, 张鹏, 裴水旺

  2025,33(6):635-644, DOI: 10.11943/CJEM2024279

  摘要(80) HTML(8) PDF(2.39 M)( 98)

  摘要：为了探究异形装药结构药柱压制效果以及压制安全性的影响因素，采用Marc有限元软件的连续介质动力学方法对装药直径D=88 mm、成型高度H=132 mm、锥角α=60°的异形JH-2药柱压制成型过程进行了数值模拟分析，系统研究了压制压力、压制速率、初始相对密度、摩擦系数以及保压时间等工艺参数对药柱成型密度及内部应力的影响。结果表明：成型异形装药内部密度和应力分布不均匀，存在明显的密度松散区和应力集中区域；压制压力、初始相对密度、保压时间和摩擦系数同时影响药柱的成型密度和应力分布，压制压力、初始相对密度和压制速率以及装药结构则是影响异形药柱应力集中的主要因素；针对此异形装药结构，当压制压力取300~350 MPa、压制速率为1.5 mm∙s^-1、初始相对密度为0.65、摩擦系数为0.15、保压时间选择120 s时，异形药柱的密度分布相对均匀，应力梯度差小，能提高成型质量，减小应力集中并避免裂纹产生，保证装药安全。

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• 图像末制导炮弹内弹道性能与发射过载分析

  蔡灿伟, 宁全利, 邓海飞, 张之文, 刘立稳

  2025,33(6):645-657, DOI: 10.11943/CJEM2025023

  摘要(61) HTML(3) PDF(1.82 M)( 85)

  摘要：为准确分析图像末制导炮弹内弹道性能及所受的发射过载，根据适配的火炮发射平台、发射装药特性与作用原理，研究了不同装药号发射的内涵本质，建立了图像末制导炮弹内弹道两相流模型，依据两种不同工况条件仿真与实测的相关数据对模型进行了合理性验证；以此为基础，基于验证的内弹道两相流模型，分析了某型图像末制导炮弹不同装药号发射时膛内压力波动、弹丸膛内运动等的演变规律，并通过搭建的发射过载工程计算模型，研究了该型图像末制导炮弹在各装药号下所受的发射过载特性。结果表明，两种验证工况下的膛底最大压力和弹丸炮口速度的相对误差均在2%以内，仿真与实测的膛底压力和膛内压力波随时间的变化规律吻合度也均较高；基于验证的模型获得的不同装药条件下图像末制导炮弹内弹道性能与发射过载变化规律与实际发射过程的一般规律一致。

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>综述

• 高能耐热化合物合成研究进展

  付辉, 单雨佳, 田天, 王金鑫, 王涛, 张文全

  2025,33(6):658-670, DOI: 10.11943/CJEM2025006

  摘要(76) HTML(4) PDF(1.65 M)( 100)

  摘要：根据分子连接方式的不同以及是否为中性分子，将近年来报道合成的高能耐热化合物划分为稠环类、联杂环类和离子型三类。研究综述了三类高能耐热化合物的结构特征、合成方法与物化以及爆轰性能，并对三类高能耐热化合物的应用前景进行评价；展望了高能耐热化合物的合成发展方向：开发普适性的骨架构筑技术、推进计算模拟与分子设计融合、创新绿色高效合成工艺，为设计合成新型高能耐热化合物提供参考借鉴。

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• 数据驱动策略在含能材料设计及性能预测中的应用

  王海风, 王康才, 刘渝

  2025,33(6):671-680, DOI: 10.11943/CJEM2025076

  摘要(78) HTML(2) PDF(1.51 M)( 95)

  摘要：以数据驱动和人工智能为代表的科技与产业变革正在深刻影响材料科学领域，也为含能材料的创新带来了前所未有的机遇与挑战。机器学习作为一种新兴技术，为含能材料的分子设计与合成提供了全新的研发范式，有望解决效率低下、成本高昂、周期冗长等含能材料研发中长期存在的瓶颈问题。尽管已有部分成功案例被报道，但机器学习在含能分子“设计→筛选→合成→性能验证”全周期研究中的应用，相较于其他新材料领域仍处于相对不成熟的阶段。研究综述了机器学习辅助含能材料开发的研究现状，重点总结了机器学习在含能分子设计、单一性能预测及多性能同步预测中的应用案例。然而，依托机器学习辅助设计合成具有特定性能的含能材料依然充满了挑战。未来应着力推进含能材料数据质量控制与标准化体系的构建、可解释机器学习模型的开发以跨学科交叉融合体系的建立，从而进一步推动高性能含能材料的高效创制。

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