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- 高效毁伤技术是以提高武器弹药对目标毁伤效能为宗旨的多学科综合性技术体系,是实施高效火力打击以达到作战目的的关键技术。针对武器弹药打击的不同类型目标,研究其毁伤能量(力学、化学、电磁学及其耦合作用等)释放和控制技术,以实现对目标物理破坏或使目标功能丧失达到最佳效果的学科和技术方向。近年来随着战场目标防护技术的发展、现代战争作战模式的改变,对毁伤技术提出新的挑战。先进毁伤是以新型毁伤元材料、结构、加载驱动等为基础而发展的新概念、新原理、新质毁伤技术。近年来,国内外先进毁伤技术研究异常活跃,高水平学术成果不断涌现,各类的新概念、新原理毁伤技术蓬勃发展。从发展趋势来看,含能材料正朝着高能化、钝感化和能量利用率最大化方向发展,战斗部朝着高动能、多功能及低附带毁伤方向发展,引信将朝着智能化、微型化方向发展。为集中展示先进毁伤技术领域的最新研究成果,本专题面向国防建设和技术发展需求,针对含能材料、战斗部和引信等核心领域的毁伤效能进行研究和探索,推动我国先进毁伤技术的交流融合与创新发展。
- 起爆与传爆技术作为火工品技术的重要组成部分,其本质是物理能量与化学能量的相互转化,承担着爆轰能量引发、传递、控制等功能,作为武器装备中最敏感的始发含能单元,起爆传爆技术对武器装备的安全性、可靠性和高效能均有重要影响,其技术多学科交叉和应用多领域跨越的特点,凸显了火工品技术的基础性。随着武器装备和国民经济的发展,起爆传爆技术在引信、战斗部、不敏感弹药、微小型弹药、智能弹药、民用爆破等领域的应用日趋广泛,产生了分布式起爆与传爆、微尺度起爆与传爆、信息可控起爆与传爆、不敏感起爆与传爆等新型技术。本专题聚焦新型换能元、起爆/传爆药剂、起爆传爆序列设计与装药、起爆传爆序列可靠性评估等研究内容开展专题征稿,以期呈现出国内在该领域的最新研究成果。
- 换能元是火工品序列中一种特殊的能量转换元件,在机械、电、光等能量的刺激下,引发火工含能材料作用实现点火、起爆和作功。近年来,换能元的输出性能增强、安全性能加固、匹配性能优化、测试技术提升,极大促进了火工换能技术更新发展。随着应用需求的扩展和换能元技术的进步,新型换能元器件技术正向钝感化、含能化、微尺度、信息化、芯片化等方向发展;并在复杂环境对火工品性能干扰、信息化智能控制应用等问题面前,显现出基础推动作用。目前,围绕火工品技术领域创新,在新型换能元设计与制备、新型发火体制的换能元技术等研究方向上,国内外研究者都在积极探索基于新材料、新机理换能技术,以满足火工品环境加固、高效能设计等发展需要,为武器装备信息化控制、智能化换能等提供技术储备。
- 含能材料是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行化学反应并输出能量的化合物或混合物,是军用炸药、发射药和火箭推进剂配方的重要组成部分。含能材料制备的绿色原子经济性及其生产过程中污染物的控制与资源化成为发展趋势。本专题面向节能减排和双碳国家重大战略需求,针对含能材料生产和使用过程中的三废、废旧炸药的回收利用、特种污染(如液体推进剂)废液处理等领域的环境化学问题的研究与探索,为研发出处理效果显著、经济环保、安全可靠、可持续发展性强的含能材料绿色化学提供理论依据和技术支撑。
- 发展含能材料的3D打印技术成为近年来研究的热点,世界各国在该方向不断投入,取得了长足进步。2007年美国首次报道了3D打印技术在网络元件装药中的研究,后续在DAPRA计划支持下持续开展研究。英国国防部2015年启动“未来能量学”项目,投资1000万英镑,开发新型含能材料及3D打印技术、性能表征与数值模拟等研究,以期利用3D 打印技术高效制备新型高性能火炸药。美国海军、陆军、空军和国防后勤处于2016年制定并签订了国防部增材制造技术路线图,将3D打印技术定义为“改变游戏规则”的技术。LLNL国家实验室采用3D打印技术制备纳米含能材料,为微装药和研究燃烧反应机制提供新的方法。2018年LLNL采用3D打印技术制造PBX炸药半球,装药密度达到了理论密度的93%,验证了炸药半球的爆轰波传播稳定性。2020年3月17日,英国国防科学技术实验室优化了高能炸药3D打印技术,引入共振声混合技术提高混合效率与安全性。含能材料的3D打印技术,可在空间尺度上调控含能材料结构,具备复杂装药一体化连续制造、柔性制造、高度自动化制造能力,实现能量释放在时间和空间上可调可控,为推动正向设计研制模式发展提供了有效途径。
- 固体推进剂主要由粘合剂、氧化剂(炸药)、金属燃料、增塑剂及功能助剂等组成,经过特定混合工艺和复杂的物理过程、化学反应等形成,其性能的优劣直接影响着航天器的效能。固体推进剂性能主要包括能量、燃烧、工艺、力学、安全、贮存老化等性能。固体推进剂关键技术主要包括关键原材料设计与制备技术、配方设计与仿真技术、燃烧与能量释放机制、力学与贮存稳定性、工艺扩试与安全控制、衬层界面粘结与绝热层一体化设计等。新材料、新技术、新工艺的创新发展不断促进固体推进剂技术的进步,不断拓展固体推进剂的功能和应用领域。高能量、高安全、强适应、低成本、智能化等发展方向需要系统研究固体推进剂基础科学问题和相关机制机理,尤其是燃烧、力学、工艺、贮存老化等关键核心技术的突破,将进一步推动固体推进剂专业技术领域的发展。
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优先出版日期:2023-09-14 DOI: 10.11943/CJEM2022103
摘要:稠环含能化合物由两个或两个以上的共用原子和一个化学键的环构成,具有较大π-π共轭结构,是一类热门的新型含能材料。含能稠环独特的多环共面结构和较大共轭体系,表现出良好的安定性,同时多个含氮杂环组成的共面结构还使得其具有较高的生成热、较大的环张力和优异的能量水平,能够在高性能和分子稳定性之间取得平衡。含氮桥头类稠环骨架以C—N键为共用键连接多个氮杂环,此类稠环大多具有良好的密度、稳定性和多个可修饰位点,是含能稠环领域中的一类新型含能骨架。本研究简要介绍了近年来报道的氮桥头型含能稠环化合物的合成、爆轰性能和稳定性研究,为该类化合物后续的研究和发展提供一定的参考。
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优先出版日期:2022-11-04 DOI: 10.11943/CJEM2022177
摘要:高精度计算水平下的量子化学数据对于含能化合物的设计、合成以及表征具有重要意义。因此,建立含能化合物量子化学数据库,收集含能化合物在高精度计算水平下的量子化学数据,既能够避免重复性的计算研究与资源消耗,也保证了数据质量以便进行深入分析及知识挖掘,进而获得可靠的含能化合物结构与性质的分析预测模型。本文总结并梳理近年来量子化学计算所获得的含能化合物关键性结构和性质数据种类、数据库与高通量虚拟筛选相结合的含能化合物分子设计进展;并从量子化学计算标准与数据模型的选择、数据库以及数据库管理系统的开发等角度,对含能化合物量子化学计算数据库的设计与应用进行了展望,包括:(1)明确基准计算方法与性质预测模型以产生本领域专用性的数据;(2)建立开放共享的数据库以实现与高通量虚拟筛选相结合;(3)开发数据库管理系统以实现查询、获取与知识挖掘,以期为含能化合物量子化学数据库的设计及实际应用提供有益的参考。
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优先出版日期:2022-11-18 DOI: 10.11943/CJEM2022194
摘要:为探究改性双基推进剂的热安全特性,采用差示扫描量热法(DSC)对黑索今(RDX)含量分别为0,18%,46%和54.6%的改性双基推进剂的热分解行为进行了研究,得到了升温速率2,5,10 ℃·min-1和20 ℃·min-1下的热分解温度。通过热反应动力学分析计算了其表观活化能、指前因子、反应速率、吉布斯自由能、活化焓及活化熵,分析了RDX含量对双基组分及表观活化能的影响规律。通过慢速烤燃和5 s爆发点试验得到不同RDX含量改性双基推进剂的响应特性。结果表明,配方中RDX含量为18%时,表观活化能最大,慢速烤燃和5 s爆发点响应温度和响应剧烈程度最低;随着RDX含量的增加,DSC第一分解峰温后移,表观活化能降低,双基推进剂的慢速烤燃响应温度向高温方向移动,体系热敏感性降低,但响应等级随之提升;当RDX含量在46%及以上时,响应等级为爆炸,不能通过慢速烤燃试验考核;5 s爆发点温度随着RDX含量的增加向高温方向移动,且上升趋势较为明显,改性双基推进剂的热安定性有所提升。
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优先出版日期:2023-07-14 DOI: 10.11943/CJEM2022243
摘要:针对某中小口径武器发射烟焰大、刺激性气味强等问题,采用化学脱硝法,制备了不同脱硝程度的梯度硝基七孔发射药,对其理化性能、静态燃烧性能、内弹道性能、发射有害现象进行了研究,并基于最小自由能法,研究了樟脑钝感剂用量与脱硝程度对发射药可燃气体(CO、H2)含量、未氧化碳值的影响规律。结果表明:随着脱硝程度的增加,发射药的爆热从4001 J·g-1降低至3517 J·g-1,弧厚从0.92 mm降低至0.89 mm、安定剂含量从2.60%降低至1.95%、安定性未发生变化,最大动态活度对应的相对压力Bm增加至0.66,燃烧渐增性逐渐提升;在相当膛压下,发射药燃烧渐增性越好,弹丸初速越高,并建立了装药量、膛压、初速之间的对映耦合关系,获得了梯度硝基发射药内弹道性能的数字表达与控制方法;当爆热值相当时,与樟脑钝感发射药相比,梯度硝基发射药燃气中可燃气体含量低、未氧化碳含量少;射击试验中发现,梯度硝基发射药火焰小、刺激性气味小,具有较少的发射有害现象。
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王小龙, 巨荣辉, 张耀远, 吴芹, 史大昕, 陈康成, 黎汉生
优先出版日期:2023-06-25 DOI: 10.11943/CJEM2022250
摘要:含能材料在国防以及民用等领域均有重要的战略价值。其中,热分解特性是直接关系到含能材料能否有效应用的最主要特征之一,明确含能材料的热分解行为及机理对进一步提高其热分解效率或抑制其不稳定分解至关重要。以3种典型含能材料:环四亚甲基四硝胺(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)为研究对象,从关乎热分解特性的基础物化性质展开介绍,总结其相关热分解行为及机理,重点论述了影响其热分解特性的材料结构特征和添加剂类型。发现硝基脱除是热分解发生的关键步骤,而富含活性中心的金属元素材料和富含活泼基团的有机类材料易与硝基作用,能加快热分解过程。无机非金属材料则因其具有较大的比表面积和优异的气体扩散能力也可起到促进分解的作用。以共晶、包覆、加入钝感剂为主的3种方法被广泛用于提高这3种含能材料的热稳定性能。在热分解机理研究基础上,开展热分解促进剂和抑制剂的设计研发,这将有效推动含能材料热应用的创新发展,成为未来含能材料热分解特性的研究重点。
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优先出版日期:2023-07-21 DOI: 10.11943/CJEM2022260
摘要:为改善六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的安全性能,用硝化石墨烯(NG)作为结晶诱导剂,通过溶剂-非溶剂法制备了具有自组装堆垛结构的CL-20。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、同步热分析仪(DSC-TG)对所制备的CL-20的形貌、结构、热性能进行了表征,并对其机械感度进行了测试分析。结果表明,在不同含量NG的诱导下,CL-20重结晶成方形片状晶体,并自组装堆垛成花瓣型、螺型、塔型等结构。在CL-20自组装堆垛结构的形成过程中,NG的诱导作用体现在其片层对CL-20的吸附作用以及其活性基团与CL-20的基团之间形成氢键上。与原料CL-20相比,自组装堆垛结构CL-20热分解温度降低约5 ℃,热分解焓最大提高约33%,质量损失从81%提高到99%,机械感度大幅降低。当NG含量为0.5%时,诱导结晶形成的自组装花瓣结构CL-20的撞击感度最低,为6 J。
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刘慧慧, 郑申声, 罗观, 李尚斌, 邓超, 黄玉东, 白永平
优先出版日期:2023-04-20 DOI: 10.11943/CJEM2022282
摘要:为提高炸药密度及爆轰能量,将端羟基含氟黏合剂(密度1.40 g·cm-3)应用于浇注PBX(polymer bonded explosive)炸药配方中。研究了甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、六亚甲基二异氰酸酯三聚体(3HDI)四种异氰酸酯固化剂对端羟基含氟黏合剂体系粘度、固化过程的影响,同时考察了固化剂对固化成型和力学性能的影响。结果表明,固化剂可显著降低黏合剂体系粘度。在25~70 ℃考察温度范围内,温度越高,黏合剂体系粘度越低。60 ℃以上端羟基含氟黏合剂体系粘度变化平缓且各体系相差较小。三官能度异氰酸酯作为固化剂,粘度、开放期及凝胶时间更适用于浇注PBX炸药制备工艺。基于88%固含量的含铝浇注炸药配方和捏合-真空吸注-固化制备工艺,以HTPB作为对比,研究端羟基含氟黏合剂对炸药制备工艺及性能的影响。端羟基含氟黏合剂基PBX炸药浇注流变性能和固化成型质量均较好,密度和爆热分别为1.96 g·cm-3和7790 J?g-1,较HTPB基PBX炸药分别提升6.52%和6.55%。
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袁明羽, 刘强强, 尚宇, 周维, 邹俐, 高海翔, 刘应乐
优先出版日期:2023-06-01 DOI: 10.11943/CJEM2022284
摘要:溶解度是分子钙钛矿含能材料(H6N2H14)[NH4(ClO4)3] (DAP-4)结晶工艺中的重要参数。本工作采用重量法研究了不同温度(288~323 K)下,DAP-4在不同溶剂(乙醇、乙酸乙酯、甲酸、去离子水、丙酮、环己烷、甲醇、乙腈、正丙醇)中的溶解行为,并通过Apelblat方程和λh方程建立了溶解模型。基于固液平衡的热力学原理,利用Van′t Hoff方程得到了溶出热力学参数(ΔHd, ΔSd, ΔGd)。结果表明,DAP-4在水中的溶解度最大,在乙酸乙酯中的溶解度最小,其值在不同溶剂中的溶解度随温度的增加而增加;Apelblat方程拟合的溶解模型优于λh方程拟合的结果;热力学参数ΔHd,ΔSd和ΔGd的均为正值说明DAP-4的溶解属于非自发吸热的过程。
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优先出版日期:2023-04-21 DOI: 10.11943/CJEM2022292
摘要:为研究药型罩形位偏差对聚能装药射流成型及其破甲过程影响,采用经脉冲X光摄影试验和侵彻深度试验验证的数值模型,探究了药型罩偏移量在0~0.05Dk范围内时罩表面压力分布情况、射流成型参数及侵彻深度的演化规律,获得满足良好射流性能的药型罩偏移量允许范围,并揭示了药型罩偏移与偏斜耦合情形下射流形态及横向速度的变化规律。结果表明:药型罩偏移影响了t=10 μs和t=12 μs时刻(压垮过程中期和中后期)罩表面压力的旋转对称分布,而t=4 μs和t=14 μs(压垮过程早期和后期)几乎不受影响;药型罩偏移量为0.0125Dk时,射流保持着良好的准直性和连续性,侵彻深度较轴对称情况下降了6.6%;当药型罩偏移量超过0.0125Dk后,射流形态呈弓形状,弯曲严重时将会发生断裂,且侵彻深度下降百分比均超过10%;当药型罩偏斜角为-0.015α,偏移量由0Dk向-0.0125Dk变化时,射流弯曲方向发生改变,弯曲程度呈先减后增的趋势变化。
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优先出版日期:2023-06-26 DOI: 10.11943/CJEM2023007
摘要:为了认识初始自由空腔对约束奥克托今(HMX)基PBX-3炸药慢烤反应烈度的影响,以圣地亚热点火(SITI)实验装置为参考,设计了初始自由空腔体积率分别为1.0%和7.4%的弱约束慢烤实验装置。在相同的温升速率下开展了约束HMX基PBX-3炸药慢烤实验,通过小尺寸K型热电偶测量炸药中心平面不同位置以及壳体表面的温度变化历程,采用耐高温光子多普勒测速探头测量炸药热爆炸后壳体的运动速度,并在慢烤箱中回收实验装置残骸。结果表明:在相同的壳体约束强度和加温条件下,2种不同初始自由空腔体积率的约束PBX-3炸药均在中心区域首先发生点火反应;初始自由空腔体积率为1.0%时,热爆炸时刻壳体表面的温度更高,炸药整体温度更高,炸药点火反应后壳体加速更快、速度更高,实验装置残骸碎片更小,反应烈度更高。分析认为:初始自由空腔体积率为1.0%时,热爆炸前炸药受到的应力更大,炸药损伤更严重;炸药中心点火反应后,更大的热应力使得炸药点火反应产生的气体在中心聚集形成更高的压力,炸药燃烧速率更大,燃烧产生的高温气体更容易进入微裂纹,形成更强的对流燃烧,导致压力增长速率更快,炸药反应更剧烈。
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优先出版日期:2023-07-27 DOI: 10.11943/CJEM2023009
摘要:为了快速检验单质炸药2,6-二氨基-3,5-二硝基-1-氧吡嗪(ANPZO)的质量,指导ANPZO合成工艺优化,建立了ANPZO和主杂质2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(ANPZ)含量分析的高效液相色谱法。采用C18色谱柱(250 mm×4.6 mm、5 μm),以甲醇、水、三氟乙酸混合溶剂为流动相,用紫外-可见光检测器,在425 nm检测波长下,对ANPZO试样溶液进行色谱分离,结果发现,ANPZO与反应中间体ANPZ分离良好,分析时间仅为7.0 min。在0.1~0.6 mg·mL-1的浓度范围内,ANPZO的线性相关系数为0.9996。ANPZO检出限为20 ng·g-1,定量限为67 ng·g-1,重复性测试结果的相对标准偏差为0.30%。
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田小涛, 李玉雪, 肖冰, 王帅中, 马伊凡, 刘佩进, 严启龙
优先出版日期:2023-06-19 DOI: 10.11943/CJEM2023029
摘要:为了研究火箭发动机传统颗粒型点火具工作过程中火药与包装纤维素材料的相互作用,及其药型结构对能量释放特性的影响规律,制备了系列点火药/纤维素复合样品,并采用同步热分析(DSC-TG)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)联用仪,研究了纤维素外壳对点火药热反应性能的影响。在此基础上,利用模拟点火腔研究了装药结构、装药量及配方组成对能量释放过程及燃温分布的影响规律。主要通过高速相机和高速红外热像仪获得了不同点火具的火焰结构及火焰温度分布,并与采集的压力数据进行了关联。结果表明:纤维素壳体会降低黑火药和Mg/PTFE点火药的总凝聚相反应放热量,当纤维素含量为33.33%时,2种点火药的总放热量分别降低了66.36%和29.98%,然而B/KNO3点火药的放热量却提高了2.39倍。气相分解产物和燃烧凝相产物分析表明纤维素并未改变黑火药和Mg/PTFE热反应路径。模拟点火过程研究表明,药型为圆柱体形装药量10 g的黑火药点火具在点火燃烧过程中会发生预点火现象,点火药生成大量气体携带部分未着火颗粒先破壳再实现点火。纤维素壳体起到了一定的增压效应,为初始火焰的建立奠定了压强基础。装药结构和装药量对点火具燃温的影响不显著,燃温的差值不超过50 ℃。但方形和环形点火药盒的点火具工作时间较短,比小圆柱体形和异形点火药盒的点火具工作时间缩短42.4%左右,有利于提高点火效率。在配方影响方面,Mg/PTFE点火药的燃温最高,工作时间最短;而大粒径黑火药燃温比小粒径高,因此前者工作时间更长。
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优先出版日期:2023-06-16 DOI: 10.11943/CJEM2023038
摘要:为探究3,4-二硝基呋咱(DNTF)对层状复合温压装药爆炸释能过程的影响,制备了外层装药具有不同铝粉含量(60%~94%)和不同DNTF含量(0~40%)的多种双层复合装药,采用密闭罐体进行了氮气与空气环境下的爆炸试验,并基于准静态压力与有效机械能的关联性,获得了装药在不同反应阶段的输出能量,同时结合爆炸火球的演变,分析了不同装药的铝粉后燃烧过程。结果表明,当外层装药的DNTF为40%时,其被冲击分散后,散布的DNTF颗粒极易点火并迅速增长,提升了铝粉无氧燃烧速率与云团边缘铝粉有氧燃烧速率,爆轰及无氧燃烧释放的机械能之和比同组分均匀装药提升12%;当外层装药中的DNTF由同比例的聚四氟乙烯(PTFE)替代时,铝粉抛撒后的燃烧速率大幅降低,与外层装药含DNTF的复合装药相比,释放的总机械能下降约22%,冲击波超压、温度也下降显著;当外层装药全部为铝粉时,高浓度的铝粉云团发生持续时间长且剧烈的有氧燃烧,释放的总机械能下降仅为5%,但爆轰及无氧燃烧释放的机械能之和却下降32%,冲击波超压峰值下降幅度较大。可见,复合装药外层中的DNTF组分对于提升铝粉云团的燃烧速率及爆炸早期的能量释放速率具有重要作用。
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优先出版日期:2023-07-04 DOI: 10.11943/CJEM2023052
摘要:为研究1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7) 颗粒在热刺激作用下的形貌演化过程及其对力学特性及机械感度的影响规律,选取4种具有典型粒径及形貌差异的FOX-7颗粒,通过控制加热时间与加热温度,并采用扫描电子显微镜、压缩刚度实验、机械感度测试等手段研究了FOX-7颗粒在受热后的形貌、力学特性及机械感度演化历程。结果表明,受热并恢复室温后,FOX-7颗粒表面会出现裂纹,随着加热温度升高或加热时间延长,大粒径颗粒(>100 μm)的表面裂纹进一步扩展生长并形成贯穿,颗粒层状开裂、发生片状剥离;小粒径颗粒(<100 μm)的表面裂纹不会随着加热温度升高或加热时间延长而进一步扩展生长。采用Kawakita方程对加热前后的FOX-7颗粒压制曲线进行拟合,发现受热后颗粒模量均增大,而小粒径颗粒的增幅更大。在颗粒粒径较大的情况下,FOX-7机械感度相对较低,在受热并恢复室温后仍可维持较低的机械感度;当颗粒粒径较小,FOX-7机械感度相对较高,在受热并恢复室温后,机械感度显著上升,可能与其模量增幅更大相关。
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优先出版日期:2023-07-20 DOI: 10.11943/CJEM2023058
摘要:为了获得3-氨基-2,4,6-三硝基苯甲醚(ANTA)/N-甲基-2,4,6-三硝基苯甲胺(TNA)低共熔物的热分解性能及其熔融结晶动力学参数,采用差示扫描量热法(DSC)研究了ANTA/TNA低共熔物的热分解性能,计算了热分解动力学参数;采用微热量热法研究了添加剂奥克托今(HMX)和黑索今(RDX)对ANTA/TNA低共熔物熔融结晶过程的影响,并分别利用?atava-?esták法和Avrami法分析了低共熔物非等温熔融和结晶行为。结果表明:低共熔物的热稳定性较好,热分解动力学参数与ANTA和TNA接近;低共熔物熔融过程符合一级反应动力学,升温速率对熔融动力学参数影响较大,添加剂能够一定程度减弱熔融动力学参数对升温速率的依赖程度;低共熔物的结晶过程随降温速率的增大而逐渐向低温区转移,其结晶速率随结晶度的增大而减小,在HMX介质中,结晶速率受结晶度的影响较小,在RDX中的结晶速率随结晶度的增大而增大。
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段凤仪, 贺山山, 张浩斌, 黄石亮, 徐金江, 齐天骄, 李诗纯, 刘渝
优先出版日期:2023-09-07 DOI: 10.11943/CJEM2023086
摘要:超细2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)具有安全性好、冲击起爆阈值低等特点,在起爆传爆序列方面具有广阔应用前景。固相熟化是超细LLM-105贮存使役过程中的主要老化行为,会导致粒径长大、性能劣化。温度、湿度是影响固相熟化的重要环境因素,但影响机制尚不清晰。为此,研究采用原位小角X射线散射(SAXS)、扫描电子显微镜(SEM)和原位原子力显微镜(AFM)等方法,捕捉不同温湿度环境下超细LLM-105颗粒结构演化行为,分析其固相熟化机制。结果表明:超细LLM-105在120 ℃下老化30 d后发生了明显的固相熟化,比表面积(SSA)下降了41.6%,熟化机制以奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald Ripening,OR)为主导,伴随斯莫鲁霍夫斯基熟化(Smoluchowski Ripening,SR)。湿度通过促进OR显著加速超细LLM-105固相熟化,在60 ℃、90%相对湿度下老化30 d,SSA下降35.8%。
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薛达, 王小军, 徐子帅, 王守飞, 李永祥, 刘威, 曹端林
优先出版日期:2023-08-15 DOI: 10.11943/CJEM2023108
摘要:通过理论计算的方法探究了3,3′-联(1,2,4-噁二唑)-5,5′-二甲硝酸酯(BOM)的中间体3,3′-联(1,2,4-噁二唑)-5,5′-二甲醇乙酸酯(BODM)水解生成3,3′-联(1,2,4-噁二唑)-5,5′-二甲醇(BOD)的反应机理,采用单因素实验和正交实验优化了合成工艺,并通过单晶检测、X射线衍射(XRD)、红外光谱分析(FTIR)、核磁共振、差示扫描量热法(DSC)等对BOD的结构和性能进行分析测试。结果发现,其反应机理为BODM中的—[O]—中的孤对电子与H2O中的H形成OH…O氢键,随后—[O]—[C═O]—中的O—C键断裂,H2O中的H和—OH分别与—[O]—和—[C═O]—成键形成—OH和—COOH基团。并发现BOD的晶体属于单斜晶系,空间群为C2/c,晶胞夹角α=90°,β=105.361(7)°,γ=90°,晶胞体积v=774.9(2) ?3,密度ρ=1.698 g·cm-3,其熔点和分解峰温分别为197.18 ℃和278.37 ℃。单因素实验结果表明,随着反应时间和溶剂的增加,BOD的得率先上升后趋于稳定;随着反应温度的增加,BOD的得率先缓慢上升后快速下降;随着BODM与碳酸钾的摩尔比的增加,BOD的得率先上升后下降。此外,通过正交实验优化了工艺条件,结果显示45 ℃下,BODM在碳酸钾的甲醇溶液中水解反应8 h,其中BODM与碳酸钾的摩尔比为15∶1,得率为94%。研究为BOD的放大及规模化生产提供了理论基础与实验参考。
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优先出版日期:2023-09-22 DOI: 10.11943/CJEM2023120
摘要:含能材料的球形化可以显著提升炸药晶体的加工及应用性能。基于目前国内外对典型含能材料球形化技术的相关研究,从结晶策略角度综述了球形单晶体、球形聚结晶体以及球形分支晶体的研究进展。重点介绍了各球形产品的结晶工艺、球形化机理及降感效果。指出球形产品具有流动性好、堆密度高、感度低的特点,应用潜力巨大,建议结合晶体工程思维,建立各典型含能材料结晶基础数据库、强化在线过程监测、完善模型计算以及多学科交叉研究,为含能材料球形化结晶工艺精确调控和工业生产提供指导。
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李林君, 陈世存, 郭佳悦, 宁伟, 孟子晖, 郭培培, 毕晶, 薛敏
优先出版日期:2023-09-05 DOI: 10.11943/CJEM2023121
摘要:为了确定硝化甘油/1,2,4-丁三醇三硝酸酯(NG/BTTN)混合硝酸酯生产洗涤废水成分和含量,开展了高效液相色谱(HPLC)梯度洗脱法检测洗涤废水的工作,确定色谱条件如下:固定相为C18(250 mm×4.6 mm,5 μm)色谱柱,流动相为乙腈/水溶液,检测波长为200 nm。结果表明,在洗涤废水中检出6种有机物,通过化合物的保留时间及其与分配系数LogD的线性关系拟合(7天内取样27次),确定了NG/BTTN混合硝酸酯生产洗涤废水中除了NG和BTTN,尚存在1,2-丙三醇二硝酸酯(30.58%~41.20%)、1,3-丙三醇二硝酸酯(110.69%~135.14%)、1,2,4-丁三醇-1,2-二硝酸酯(7.90%~10.63%)和1,2,4-丁三醇-1,4-二硝酸酯(22.55%~27.95%)四种未完全硝化产物,标准偏差均低于10%,并于10 d内取样40次,证明了该方法准确可靠、适用性好,满足工业生产的检测需求。
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优先出版日期:2023-09-20 DOI: 10.11943/CJEM2023145
摘要:为研究双基发射药的黏弹性和力学响应特点,对双基发射药开展了黏弹特性与本构方程研究。通过拉伸、压缩、断面观察和应力松弛实验研究,明确了双基发射药的黏弹性质;然后以Reduced Polynomial (N=5)模型和Prony级数建立了双基发射药的超弹-黏弹模型,利用实验数据获取了模型参数;最后对所建立的双基发射药超弹-黏弹模型进行了验证。结果表明,双基发射药超弹本构模型对单轴拉伸应力应变的仿真结果与实验结果之间的误差不高于5.01%,超弹-黏弹本构模型对应力松弛的仿真结果与实验结果之间的误差不超过6.49%,说明建立的双基发射药超弹-黏弹本构模型能够较好地描述双基发射药的力学特性,能够为发射药力学性能研究提供重要的研究方法和仿真手段。
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优先出版日期:2023-09-14 DOI: 10.11943/CJEM2023141
摘要:为制备新型富氮杂环含能化合物,以5-氰基-1-(1H-1,2,4-三唑-3-基)-1H-四唑(
1 )为原料,经偕胺肟化、重氮化、取代及亲电加成等步骤,合成一种以酰胺键桥联的富氮含能化合物1-羟基-N-(1H-1,2,4-三唑-5-基)-1H-四唑-5-甲酰胺(3 );利用核磁共振(NMR)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、元素分析(EA)等分析方法对化合物3 进行了结构表征,并通过X-射线单晶衍射分析(SC-XRD)进一步确定了其结构;利用差示扫描量热(DSC)和热重(TG)方法研究了化合物3 的热分解过程。结果表明,化合物3 初始分解温度为265 ℃,爆速为 8017 m·s-1,爆压为23.1 GPa,撞击感度为20 J,摩擦感度为288 N。
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摘要:
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2023,31(9):862-869, DOI: 10.11943/CJEM2022290
摘要:为解决纳米铝粉制备能耗大、粒径控制困难、污染严重的问题,在摩尔比为2∶1的氯化铝-氯化-1-乙基-3-甲基咪唑(AlCl3-EMIC)离子液体中加入二异丁基氢化铝(DIBAL),以液相化学法绿色安全的制备纳米铝粉。采用X射线衍射(XRD)、纳米粒度检测、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和线性扫描伏安法(LSV)等方法对纳米铝粉进行表征,并探究其长大过程及反应机理。结果表明,DIBAL浓度为0.25 mol·L-1、反应时间为0.5 min时获得无团聚且粒径均匀的40~100 nm铝粉,相比其他液相化学法获得粒径更均匀;不同DIBAL浓度下铝粉生长均存在异常长大现象,其原因与Ostwald熟化有关;并且,AlCl3-EMIC离子液体不仅是反应介质,同时也是纳米铝粉的Al源。
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2023,31(9):870-879, DOI: 10.11943/CJEM2023010
摘要:以三元碳环作为张力能结构单元,合成了基于N,N-(二环丙基甲基)环丙胺为阳离子,二氰胺根和氰基硼氢根为阴离子的系列离子液体。采用核磁(NMR)、红外光谱(IR)和高分辨率质谱(HRMS)等表征方法,确认了所得离子液体的结构,并对其物化性质(如熔点、热分解温度、密度、粘度、生成焓、比冲和点火延迟时间)进行了测定或计算。结果表明:设计合成的10种离子液体均能与白烟硝酸(WFNA)发生自燃,氰基硼氢类离子液体与相应的二氰胺类离子液体相比,点火延迟时间更短。张力环结构的引入可提高离子液体生成焓(0.87~1.96 kJ∙g-1),三元环结构紧凑的堆积有利于提高离子液体密度(1.01~1.18 g∙cm-3),张力环基自燃离子液体表现出更高的密度比冲(436.7~454.4 s·g·cm-3)。分子结构中引入张力环基团为提高自燃离子液体的能量密度提供了新的思路。
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2023,31(9):880-886, DOI: 10.11943/CJEM2023003
摘要:以四氢呋喃共聚醚(PET)基高能固体推进剂为研究对象,设计了以定型助剂改性的PET/硝酸酯(NG/BTTN)为黏合剂体系,高氯酸铵(AP)为固体填料,多官能团脂肪族异氰酸酯(N-100)为固化剂的3D打印推进剂配方。对定型助剂MS在25 ℃条件下的定型效果、与各组分的相容性以及25,35,45,55 ℃温度下的流变特性开展了研究,通过仿真模拟确定了温度、喷头直径、压力等3D打印工艺参数的合理范围。结果表明MS与推进剂中与PET/NG/BTTN、AP的相容性较好,并在一定程度上提升了推进剂的安全性能,药浆具有温敏特性,可在25 ℃达到良好的定型效果,在温度50 ℃、喷头直径1.2 mm、压力11 kPa的打印参数下,实际打印速率为8 mm·s-1,首次实现了PET基高能固体推进剂3D打印成型。
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2023,31(9):887-894, DOI: 10.11943/CJEM2023096
摘要:为了提高三氢化铝(AlH3)的稳定性,采用声共振与喷雾干燥技术相结合的方法制备了3种嵌入包覆型AlH3@Al@xAP(AHAPs)含能复合颗粒,AlH3@Al和AP的质量比分别为9∶1(AHAPs-10%)、7∶3(AHAPs-30%)和1∶1(AHAPs-50%)。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线粉末衍射(XRD)等分析手段对AHAPs及其凝聚相燃烧产物的形貌和结构进行表征,利用热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)、真空安定仪(VST)研究了样品的热反应活性和稳定性。结果表明,AHAPs含能复合颗粒不仅提高了AlH3的稳定性,同时还促进了AP的分解,随着表面AP包覆含量的增加,AlH3的起始分解温度提高了8.5~11 ℃,AP的高温分解峰温降低了约81.6 ℃。与AlH3的分解时间(1006 min)相比,AHAPs-50%复合颗粒的分解时间提高了近50.9%,达1518 min。此外,嵌入包覆型复合颗粒AlH3@Al/63.5% AP的反应热(9125.6 J·g-1)与机械混合样品相比,提高了1054.1 J·g-1,且凝聚相燃烧产物粒径更小,说明其燃烧更加完全、燃烧效率更高。
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2023,31(9):895-902, DOI: 10.11943/CJEM2023103
摘要:为探究新型硝酸羟胺(HAN)基液体推进剂EMP-01液滴点火特性,搭建了通过将液滴静置在半球形凹槽内并插入电极的液滴电点火实验平台,在液滴直径6.5 mm、电极间距0.5 mm、电压加载速率为86.31 V∙s-1的工况下,研究了EMP-01液滴的电点火燃烧特性,确定了着火延迟时间;同时,不改变液滴直径以及电极间距,研究了电压加载速率为34.20~246.37 V∙s-1时液滴着火延迟时间与燃烧过程的变化规律。结果表明,电点火燃烧中,EMP-01液滴分依次经历为加热、热分解、燃烧3个阶段,并且在热分解阶段会产生周期性的膨胀收缩。电压加载速率为34.20 V∙s-1时,EMP-01液滴无法成功点火;电压加载速率为49.49~246.37 V∙s-1时,随着电压加载速率增加,EMP-01液滴着火延迟时间不断减小,且减小速率逐渐变缓。
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2023,31(9):903-909, DOI: 10.11943/CJEM2022209
摘要:为了研究片状变燃速发射药在高低温循环保存下的燃烧稳定性,将样品形貌及燃烧性能变化作为考察依据,以70 ℃高温10 h,-50 ℃低温10 h为一个循环周期,对片状变燃速发射药样品进行了20次高低温循环保存。通过光学显微镜观察了高低温循环前后片状变燃速发射药的表面形貌,利用密闭爆发器测试了高温50 ℃、常温20 ℃、低温-40 ℃下高低温循环前后片状变燃速发射药的燃烧性能。显微观测发现经高低温循环后,片状变燃速发射药表层气泡扩大增多,发射药断面出现塑性形变现象,内外层界面结合保持紧密,没有开裂与脱黏。密闭爆发器试验反映了该类型发射药经过高低温循环后,高温、常温、低温下动态活度曲线与高低温循环前都基本重合,动态活度变化值ΔL最大值出现在低温条件下,为2.57%,能量渐增性释放规律基本不变。高低温循环下,片状变燃速发射药在高压常温-低温阶段的燃速温度系数对比原样在相同条件下显著降低,高温与低温下片状变燃速发射药的压力指数差距对比原样在相同条件下减小。结果表明,片状变燃速发射药在高低温循环条件下界面和燃烧性能稳定,具有较好的变温贮存稳定性。
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2023,31(9):910-916, DOI: 10.11943/CJEM2022247
摘要:为了探究单基发射药和双基发射药燃烧的火焰辐射特性以指导抑爆系统探测器的设计,设计并搭建了发射药燃烧火焰光谱测试系统,测试分析了空气氛围不同压力条件(-0.05,0,0.20 MPa)下典型单基发射药“20/7”和双基发射药“双芳-3”试样燃烧时的火焰辐射光谱。结果表明:常压条件下,“20/7”单基药仅在550~650 nm波段看到较弱的连续辐射光谱,观测到OH*,C2*和CHO*的发射峰,在燃烧火焰区可能存在这些活性中间体。“双芳-3”双基药燃烧火焰中固体颗粒物含量多,在200~1700 nm波段内可见连续辐射光谱,其辐射强度大于“20/7”单基药,掩盖了这一波段部分发射峰信息,但在1000~1700 nm波段,采集到CN*,OH*等基团的发射峰。2种发射药的火焰光谱中存在很强的Na*,K*,Ca*的发射峰,推测源自硝化棉中残留的木质素。增大燃烧室压力,2种发射药燃烧辐射强度增大。低压条件下,在双基药燃烧初期连续光谱较弱,辐射光谱类似于单基药。根据测试结果,针对“20/7”单基药的探测器应主要依据Na和K的发射峰设计,而针对“双芳-3”双基药的探测器应主要依据连续光谱峰值波长设计;使用环境压力越高,探测器触发阈值要求越低。
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2023,31(9):917-930, DOI: 10.11943/CJEM2023008
摘要:AlH3是一种新兴的含能材料,与Al粉相比,具有更高的能量密度。同时AlH3燃烧释放大量的氢气,能显著降低燃气平均分子量,可以用作火炸药的含能组分。但AlH3转晶过程极为危险,不稳定杂相分离困难,难以获得纯净的稳定相α-AlH3。制备AlH3配合物则可规避转晶的危险性,同时配合物保持了AlH3的结构单元,可以通过重结晶方法进行纯化,具有广阔的应用前景。本文综述了AlH3配合物的合成方法、AlH3配合物的配位模式以及AlH3配合物的种类及应用,重点分析了叔胺、叔膦、醚和卡宾配体及不同配位结构对AlH3配合物的热化学性能的影响,展望了AlH3配合物的研究方向。
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2023,31(9):931-948, DOI: 10.11943/CJEM2023018
摘要:电控固体推进剂(electrically controlled solid propellant,ECSP)具有多次点火和燃速可控的特性,可广泛应用于从微观到宏观的推进系统。本文总结了国内外以硝酸铵、硝酸羟胺和高氯酸盐为氧化剂的ECSP的研究概况,重点综述了硝酸羟胺基ECSP和高氯酸盐基ECSP点火、燃烧及熄灭特性的研究进展,分析了电压、压强以及金属添加剂对ECSP燃速调节的影响规律,并讨论了电能在ECSP点火和燃烧过程的作用机制。同时为未来深入研究ECSP点火、燃烧及熄灭机理提出参考建议:开展ECSP固相和气相化学反应机理研究,建立点火、燃烧及熄灭模型和反应机理框架;系统研究电极排布和电极构型对ECSP燃烧效率的影响以及ECSP配方与导电性能之间的关系,寻求改善电极和推进剂界面电阻的方法。优选高性能ECSP配方,完善ECSP燃烧反应机理及燃速调节机制,提高ECSP压强阈值,是电控固体火箭发动机设计、应用和性能调控的关键。
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2023,31(9):949-967, DOI: 10.11943/CJEM2023148
摘要:与仅含叠氮基(─N3)的增塑剂相比,含多种能量基的叠氮增塑剂往往具有更大的密度、更高的氧平衡、更突出的能量性能等,能赋予推进剂更大的比冲和更好的燃烧性能,成为该领域的研究热点。然而如何在分子层面精准调控结构中微观能量基的种类、数量及其区域分布位置等重要参数,成为设计合成高能量密度、钝感、低玻璃化转变温度、高热稳定性、高氧平衡含能增塑剂的关键。为此综述了自20世纪七十年代末报道的含硝基(─C─NO2)、硝酸酯基(─O─NO2)、硝胺基(─N─NO2)、氟胺基(─NF2)以及呋咱基(1,2,5-噁二唑基)5种叠氮增塑剂在分子设计、合成、性能表征及推进剂应用研究方面的进展,梳理了研究中存在的问题及不足,给出了合成综合性能优良的多种能量基叠氮增塑剂的几点建议,并指出含─C─NO2和─N─NO2叠氮增塑剂是兼顾分子性能和合成难度的潜在研究方向,以期为从事该领域工作的科研人员提供些许借鉴和参考。
2023年第31卷第9期 新型推进剂的制备与能量调控
>专题导言
>含能快递
>观点
>制备与性能
>推进与发射
>综述
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热分解、安全性能与评价
2021-2022 发表
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制备与性能——材料成型表征研究
2021-2022 发表
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制备与性能——合成表征研究
2021-2022 发表
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制备与性能——合成与性能研究
2021-2022 发表
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推进与发射——推进剂构效关系
2021-2022 发表
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推进与发射——推进材料制备与性能
2021-2022 发表
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计算与模拟——结构约束下的材料结构与响应
2021-2022 发表
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计算与模拟——材料结构演化
2021-2022 发表
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计算与模拟——材料性能预测
2021-2022 发表
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庆三八妇女节专辑-2021
2020 发表
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分析检测
2020年
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点火损伤
2020年
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爆轰物理
2020年
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晶体与显微分析
2020-2022 发表
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化学推进剂
2021-2022 发表


- 观点
- 综述
- 含能快递
2023,31(9):859-861, DOI: 10.11943/CJEM2023188
摘要:
2023,31(6):527-530, DOI: 10.11943/CJEM2023098
摘要:
2019,27(12):981-983, DOI: 10.11943/CJEM2019181
摘要:
2019,27(11):894-896, DOI: 10.11943/CJEM2019157
摘要:
2019,27(9):717-719, DOI: 10.11943/CJEM2019098
摘要:
2019,27(6):445-447, DOI: 10.11943/CJEM2019065
摘要:
2019,27(4):270-273, DOI: 10.11943/CJEM2018343
摘要:
2019,27(4):266-269, DOI: 10.11943/CJEM2018367
摘要:
2020,28(5):366-368, DOI: 10.11943/CJEM2020067
摘要:
2020,28(7):588-590, DOI: 10.11943/CJEM2019306
摘要:
2021,29(11):1021-1024, DOI: 10.11943/CJEM2021256
摘要:
2021,29(10):885-887, DOI: 10.11943/CJEM2021227
摘要:
2021,29(8):689-693, DOI: 10.11943/CJEM2021156
摘要:
2021,29(7):581-583, DOI: 10.11943/CJEM2021020
摘要:
2021,29(4):269-271, DOI: 10.11943/CJEM2021096
摘要:
2021,29(1):2-6, DOI: 10.11943/CJEM2020164
摘要:
2022,30(9):874-876, DOI: 10.11943/CJEM2022204
摘要:
2022,30(4):291-293, DOI: 10.11943/CJEM2022063
摘要:
2022,30(5):415-416, DOI: 10.11943/CJEM2022070
摘要:
2023,31(9):917-930, DOI: 10.11943/CJEM2023008
摘要:AlH3是一种新兴的含能材料,与Al粉相比,具有更高的能量密度。同时AlH3燃烧释放大量的氢气,能显著降低燃气平均分子量,可以用作火炸药的含能组分。但AlH3转晶过程极为危险,不稳定杂相分离困难,难以获得纯净的稳定相α-AlH3。制备AlH3配合物则可规避转晶的危险性,同时配合物保持了AlH3的结构单元,可以通过重结晶方法进行纯化,具有广阔的应用前景。本文综述了AlH3配合物的合成方法、AlH3配合物的配位模式以及AlH3配合物的种类及应用,重点分析了叔胺、叔膦、醚和卡宾配体及不同配位结构对AlH3配合物的热化学性能的影响,展望了AlH3配合物的研究方向。
2023,31(9):931-948, DOI: 10.11943/CJEM2023018
摘要:电控固体推进剂(electrically controlled solid propellant,ECSP)具有多次点火和燃速可控的特性,可广泛应用于从微观到宏观的推进系统。本文总结了国内外以硝酸铵、硝酸羟胺和高氯酸盐为氧化剂的ECSP的研究概况,重点综述了硝酸羟胺基ECSP和高氯酸盐基ECSP点火、燃烧及熄灭特性的研究进展,分析了电压、压强以及金属添加剂对ECSP燃速调节的影响规律,并讨论了电能在ECSP点火和燃烧过程的作用机制。同时为未来深入研究ECSP点火、燃烧及熄灭机理提出参考建议:开展ECSP固相和气相化学反应机理研究,建立点火、燃烧及熄灭模型和反应机理框架;系统研究电极排布和电极构型对ECSP燃烧效率的影响以及ECSP配方与导电性能之间的关系,寻求改善电极和推进剂界面电阻的方法。优选高性能ECSP配方,完善ECSP燃烧反应机理及燃速调节机制,提高ECSP压强阈值,是电控固体火箭发动机设计、应用和性能调控的关键。
2023,31(9):949-967, DOI: 10.11943/CJEM2023148
摘要:与仅含叠氮基(─N3)的增塑剂相比,含多种能量基的叠氮增塑剂往往具有更大的密度、更高的氧平衡、更突出的能量性能等,能赋予推进剂更大的比冲和更好的燃烧性能,成为该领域的研究热点。然而如何在分子层面精准调控结构中微观能量基的种类、数量及其区域分布位置等重要参数,成为设计合成高能量密度、钝感、低玻璃化转变温度、高热稳定性、高氧平衡含能增塑剂的关键。为此综述了自20世纪七十年代末报道的含硝基(─C─NO2)、硝酸酯基(─O─NO2)、硝胺基(─N─NO2)、氟胺基(─NF2)以及呋咱基(1,2,5-噁二唑基)5种叠氮增塑剂在分子设计、合成、性能表征及推进剂应用研究方面的进展,梳理了研究中存在的问题及不足,给出了合成综合性能优良的多种能量基叠氮增塑剂的几点建议,并指出含─C─NO2和─N─NO2叠氮增塑剂是兼顾分子性能和合成难度的潜在研究方向,以期为从事该领域工作的科研人员提供些许借鉴和参考。
2023,31(8):844-856, DOI: 10.11943/CJEM2023127
摘要:氟聚物基活性材料是一种具有冲击反应释能特性的新型材料,在军事领域具有广泛的应用前景。为掌握氟聚物基活性材料的释能与毁伤特性,推进其在高效毁伤战斗部中的应用,研究梳理了氟聚物基活性材料冲击释能反应行为以及引燃引爆、侵爆耦合毁伤效应的研究现状,着重介绍了分离式霍普金森压杆实验、准密闭弹道实验和爆炸加载实验等在释能特性方面的研究进展;毁伤特性方面整理了反应弹丸、破片及反应射流的相关研究进展,重点说明了氟聚物基活性材料在聚能装药中的应用设计和反应射流成型的研究成果,及相关的反应模型和数值仿真的研究。在此基础上,讨论了未来研究方向:建立系统性反应模型与仿真方法;通过配方、工艺等参数对其性能进行调控;释能反应观测表征技术的创新与探索以及工程应用设计等。
2023,31(7):729-740, DOI: 10.11943/CJEM2023090
摘要:以2,4,6-三硝基甲苯(TNT)为代表的典型含能化合物存在多种毒性效应,严重威胁生产作业相关人员生命健康。为全面了解各种典型含能化合物的毒性效应,梳理总结了TNT、黑索金(RDX)、奥克托今(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)、2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)、3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)、1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(HATO)及二硝酰胺铵(ADN)共9种常见典型含能化合物的哺乳动物急性毒性数据,并综述其主要毒性效应,指出TNT具有遗传毒性,致癌性,生殖毒性等多种毒性效应,可导致贫血、晶状体异常和白内障等中毒病症。CL-20具有遗传毒性,可诱导脱氧核糖核酸(DNA)氧化损伤及突变。RDX和HMX为神经毒性物质,可诱发癫痫等神经中毒症状。NTO、ADN和FOX-7具有较强生殖毒性,可损伤雄性生殖系统。DNAN与HATO具有免疫系统毒性,可干扰淋巴细胞水平,损伤脾脏。同时提出未来应该深入研究含能化合物的毒性作用机制,加强含能化合物毒性防护技术研究,探究新型含能化合物的毒性作用及多含能化合物间的联合毒性效应。
李鑫丰, 袁畅, 王晶禹, 安崇伟, 侯彬, 李颖, 刘鹏霄, 卢静, 王超
2023,31(7):714-728, DOI: 10.11943/CJEM2023011
摘要:微生物修复技术是通过高耐受且人工驯化微生物的代谢作用将污染场地中的有害污染物降解的修复技术。提高微生物降解效率、探究代谢途径与中间代谢产物是含能材料污染场地的微生物修复的关键,为此,研究简述了含能材料的污染现状,介绍了修复含能材料污染场地的常见方法,探讨了微生物修复含能材料污染场地的优势,总结了微生物修复含能材料污染场地的常见菌株、外部营养源和实际应用,同时梳理了各含能材料在微生物降解过程中产生的中间代谢产物,归纳了典型含能材料降解过程中的代谢途径,最后展望了微生物在修复含能材料污染场地的发展方向:研究具有优良生物刺激效果的生物制剂,分析降解含能材料微生物菌株的宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学和宏代谢组学,加强DNA、RNA、蛋白质和代谢物等方面的研究,通过转基因技术来提升微生物对含能材料的降解效果,以更好地激发微生物修复含能材料污染场地的潜力。
2023,31(6):606-634, DOI: 10.11943/CJEM2023043
摘要:弹药信息化、智能化、小型化发展,对火工品提出了换能信息化、结构微型化、序列集成化的要求,微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)火工品技术孕育而生。近年来,随着微小型无人平台技术的发展,形成了新型微毁伤形式,对微起爆序列这一系统级MEMS火工品的应用提出了迫切的需求。本文侧重于微起爆序列的应用及要求,在微换能元设计及能量控制、微起爆能量控制及器件化、微传爆能量传递与隔爆控制、微起爆序列设计与集成及序列可靠性评估5个方面,对基于飞片冲击起爆原理的微起爆序列研究进展进行了总结。在此基础上,讨论了微起爆序列进一步发展的建议:深化微起爆传爆机理的基础研究;推进数字化工程,提升正向设计能力;加强大批量生产能力;加强微起爆序列样机的应用验证,提升技术成熟度。通过对微起爆序列技术现状的分析和未来发展的建议,以期为同行继续深入系统地开展微起爆序列技术研究、推动其应用进程提供有益参考。
2023,31(5):485-507, DOI: 10.11943/CJEM2022131
摘要:三唑类含能化合物是近些年发展的一类新型含能化合物,具有高生成焓、高氮含量和高热稳定性的特点。本文从分子结构出发,综述了单三唑类、双三唑类、吡唑基三唑类、噁二唑基三唑类和四唑基三唑类等40余系列含能化合物的最新合成研究成果,对部分化合物性能进行了阐述。并结合三唑类含能化合物的性能特点,指出基于构效关系设计新型三唑化合物,平衡能量-安全间的矛盾关系,是发展高能钝感三唑含能化合物的有效策略;在此基础上,设计合成笼状三唑含能化合物是较具潜力的发展方向,并提出筛选综合性能优异的三唑化合物开展应用研究。
2023,31(5):508-523, DOI: 10.11943/CJEM2022159
摘要:将氟偕二硝基甲基引入至含能化合物分子中,不但可以提高含能化合物的氧平衡、密度和爆轰性能,还可能提高化合物的热稳定性、降低机械感度。构建含氟偕二硝基甲基基团的含能化合物成为新型高能低感含能材料领域的研究热点。通过对近20年来含有氟偕二硝基甲基的含能化合物综述,总结氟偕二硝基甲基类含能化合物的合成方法,分析比较这类化合物的分子结构、理化性质和爆轰性能,为新颖氟偕二硝基甲基化合物的分子设计、合成研究提供参考。
2023,31(4):374-410, DOI: 10.11943/CJEM2022187
摘要: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。
2023,31(4):411-423, DOI: 10.11943/CJEM2022111
摘要:热分析联用分析技术包括同步联用技术、串级联用技术和间断联用技术,常见的有热重-差示扫描量热联用(TG-DSC)、热重-红外/质谱联用(TG-FTIR/MS)、固相原位热红外检测技术(Thermolysis/RSFTIR)和热重-红外-质谱联用(TG-FTIR-MS)等,是研究含能材料热行为和分解机理的有效方法,对研究其燃烧和爆炸性能有重要意义。相较于单一的热分析技术,联用技术可以更加充分、高效和全面地评价含能材料热行为和热安定特性、揭示热分解机制。通过热分析联用技术全面深入研究含能材料的物化特性,对改善和提高其应用性能具有重要的现实意义和价值。本文全面综述了TG-DSC、TG-MS、TG-FTIR-MS、TG-FTIR-GC-MS和Thermolysis/RSFTIR热分析联用技术在含能材料研究中的应用进展,分析了其研究的相关内容、重要结果、特点及优势,并进行了相关展望,可开发高性能的计算分析软件,解决如质谱分析中重叠质谱峰的解析等问题,在热分析仪中引入新的扩展系统,拓展其应用范围,为新型含能材料的热分析研究提供技术上的支持。
顾伯南, 徐建勇, 石伟, 宋长坤, 俞春培, 程鹤, 叶家海, 任炜, 张文超
2023,31(3):251-265, DOI: 10.11943/CJEM2022216
摘要:作为电火工品的核心部件,换能元直接影响着电火工品的安全性和可靠性。电火工品结构微型化、换能信息化、序列集成化的发展趋势对于换能元提出了更高的技术要求。如何实现在低能量刺激下可靠发火,同时提升换能元的点火输出能力,即如何实现电火工品换能元的效能提升成为目前火工品换能器件研究的重要课题之一。为此,本文从换能元基底和电阻材料的优选、发火结构优化设计、自含能一体化增效以及含能薄膜复合增效等角度,综述了近年来电火工品换能元低能发火与输出增效的最新研究进展。在此基础上,讨论了未来开展换能元增效研究的重点:建立换能元材料参数基因库,借助机器学习算法等手段提高换能元发火结构优化设计的效率,针对宽带隙半导体材料等开展新换能体制的基础研究,探索含能金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)、含能钙钛矿等新型含能薄膜材料在换能元上的集成制备。
倪德彬, 侯健, 任炜, 贾玉馨, 张梦瑶, 陈丽, 于国强
2023,31(3):266-263, DOI: 10.11943/CJEM2022210
摘要:5-硝基四唑亚铜
( DBX-1)是一种不含有毒重金属的绿色起爆药,从发现至今一直备受关注,合适的发火感度、优异的起爆能力和输出能力、良好的相容性和耐温性能使DBX-1被认为是最有可能代替叠氮化铅(LA)的绿色起爆药。5-硝基四唑钠(5-NaNT)是制备DBX-1的原材料,本研究针对5-NaNT在合成过程中存在的问题,对DBX-1的研究进展进行了综述,详细介绍了DBX-1从实验室合成到百克量制备的发展历程和5-NaNT合成路径演变过程,指出DBX-1后续研究应以提高合成过程安全性、掌握工艺参数对晶体形貌的影响规律、调控发火感度以及完善性能评估体系等为重点,为工程化应用奠定技术基础。2023,31(2):201-212, DOI: 10.11943/CJEM2022089
摘要:微波作为一种清洁能源,因其独特的穿透性可在体积内与含能材料相互作用,安全性高,在含能材料中应用广泛。本文从微波在含能材料测试中的应用、微波辅助合成含能材料、微波激发含能材料以及微波增强推进剂燃烧等进行了总结,指出了微波辅助合成含能材料机理尚不明确、微波敏化炸药中引入的吸波材料较单一、微波增强燃烧只适用于部分推进剂等问题,提出了未来的发展方向:扩充吸波材料种类、通过纳米铝热剂的微波点火来激发非金属含能材料以及实现微波装置的灵巧、便捷性。
闫镒腾, 白森虎, 薛金强, 刘杉, 仝斌, 钱露, 吉应旭
2023,31(2):190-200, DOI: 10.11943/CJEM2022200
摘要:聚叠氮缩水甘油醚(GAP)的燃烧热高、燃烧温度低、热稳定性好、燃气洁净以及与氧化剂相容性好,是传统惰性黏合剂端羟基聚丁二烯(HTPB)的有利替代品之一,在高能推进剂配方中广泛使用,但其分子链中存在大体积极性叠氮侧基,阻碍了分子链的运动,降低了主链的柔韧性,导致其力学性能尤其是低温力学性能较差。化学改性可以较好地调节GAP的性能,引起了国内外含能材料研究者们广泛关注。本文详细阐述了一步法、两步法GAP的合成工艺;论述了各种GAP的化学改性方法,阐明了不同结构与性能的关系,分析了存在的问题和不足,展望了未来开发可控易行、绿色环保的高分子量GAP合成策略、性能研究方法以及在高能热塑性弹性体方面的应用前景。
2023,31(2):177-189, DOI: 10.11943/CJEM2022068
摘要:氧化呋咱是蕴含“潜硝基”片段的富氮芳环结构,其骨架致密性与突出的生成焓水平使其成为含能材料等领域的重要分子骨架。特殊的氮氧原子排布显著提升了氧化呋咱互变异构的倾向,而互变异构体的存在降低了氧化呋咱骨架的稳定性同时增加了其合成的难度。本文综述了基于不同策略的氧化呋咱的合成方法研究,以氧化呋咱骨架本身的制备反应机理为重点,分析比较了不同合成方法的优势与不足,并进一步总结了以氧化呋咱合成策略为基础的含能化合物研发进展。鉴于氧化呋咱本身的高致密性、高氧平衡、高生成焓特点,以氧化呋咱结构为基础的含能结构仍将是高能量密度材料研发的重点方向。
2023,31(1):92-106, DOI: 10.11943/CJEM2022008
摘要:本文综述了自20世纪60年代以来构建1,2,3-三唑类含能材料的4种主要方式以及相应的研究进展,包括:1)基于1-氨基-1,2,3-三唑构建的含能化合物;2)基于二氰基1,2,3-三唑构建的含能化合物;3)叠氮参与环合反应制备1,2,3-三唑类含能化合物;4)1,2,3-三唑参与构建的稠环类含能化合物。通过对具有代表性的1,2,3-三唑含能化合物的分子结构以及相应的理化特性进行分析,深层次地理解含能材料的结构对其能量水平以及稳定性的影响。同时,对性能突出的1,2,3-三唑含能化合物的潜在应用价值进行了展望,为设计和开发下一代高能量密度材料提供参考。
2022,30(11):1177-1186, DOI: 10.11943/CJEM2022013
摘要:桥联富氮杂环化合物具有丰富的多样性,良好的热稳定性和优异的能量密度,是潜在的高能量密度材料,受到了国内外学者的广泛研究和报道。其中,亚氨基(—NH—)作为桥联单元,不仅能提高化合物的生成焓和能量密度,还能通过桥联的亚氨基形成氢键而降低感度,构建高能低感含能材料。本文介绍了亚氨基桥联富氮杂环化合物及其盐的研究进展,综述了这些含能化合物的制备方法、理化性质和爆轰性能,对亚氨基桥联富氮杂环化合物未来的发展潜力和重点研究方向进行了展望,从而为亚氨基桥联富氮杂环化合物的设计与合成提供借鉴和参考。
2022,30(11):1177-1176, DOI: 10.11943/CJEM2022071
摘要:高能量密度碳氢燃料是重要的航天航空动力源,其主要发展方向是高能化和绿色化,尤其是在低碳和可持续发展的要求下,发展高能碳氢燃料的绿色合成工艺已成为必然。本文总结了高能碳氢燃料合成技术绿色化的研究进展,包括:通过改进合成路线或者使用固体酸、离子液体等绿色催化剂,对经典高能燃料JP-10(挂式四氢双环戊二烯)、金刚烷传统合成工艺进行绿色化改进;从合成原料绿色化的角度,以萜烯和木质纤维素及其衍生物为原料合成生物基高能绿色燃料,研发生物基RJ-4(桥式和挂式四氢二甲基双环戊二烯混合物)和JP-10等替代燃料;从合成工艺绿色化的角度,采用光催化技术实现张力结构燃料和多环结构燃料的绿色合成。最后对国内外该领域阶段性的成果进行了总结,并展望了高能碳氢燃料绿色合成工艺的发展方向和面临挑战。
2022,30(11):1165-1176, DOI: 10.11943/CJEM2021310
摘要:硼氢类自燃离子液体具有粘度低、点火延迟时间短、成本低等优势,是最具潜力的传统推进剂燃料代替品之一。系统综述了基于硼氢阴离子构筑的自燃离子液体的相关研究,汇总了硼氢类自燃离子液体的分子设计、合成方法与物化性质,总结了2011年以来有关硼氢类自燃离子液体燃烧机理和自燃性能的研究,展望了硼氢类自燃离子液体的发展趋势与应用范围。
2022,30(10):1069-1080, DOI: 10.11943/CJEM2022197
摘要:硝基苯类化合物广泛存在于火炸药、石化、染料等行业,在其生产过程中产生大量硝基苯类废水,因其结构稳定、毒性大、可生化性差等特点备受广大科技工作者关注。传统废水处理方法存在传质受限、处理效率低等问题,利用超重力技术强化处理硝基苯类废水成为一种新的颇具潜力的方法。本文综述了超重力强化物理法、还原法、臭氧高级氧化法等处理硝基苯类废水方法研究进展,包括强化传质过程、材料制备、催化降解等方面,并对超重力强化处理硝基苯类废水放大过程中应关注的关键问题以及今后对优化结构、延长液体停留时间的研究方向进行了阐述和展望。
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含能材料小讲堂,开讲啦!

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