摘要:

摘要:联四唑因氮含量超80 %且拥有优异的爆轰性能，成为含能材料领域的研究重点，但其稳定性欠佳的问题严重制约了实际工程应用。本研究以5，5''-联四唑二铵盐为起始原料，通过亲核取代反应将溴代硝基甲烷连接到联四唑分子骨架上，成功合成出一种稳定性显著提升、可潜在应用于低共熔物的新型硝基甲基取代的联四唑含能化合物（1）。采用核磁共振波谱（NMR）、元素分析（EA）和红外光谱（IR）完成了化合物1的结构表征，并通过单晶X射线衍射进一步确定其精确晶体结构。结果表明，化合物1属于单斜晶系，C2/c空间群，晶胞参数Z=8，晶体密度为1.683 g·cm^-3，，撞击感度为15 J、摩擦感度为324 N，计算爆速可达8325 m·s^-1、计算爆压为28.4 GPa，综合性能优于传统炸药三硝基甲苯（TNT，爆速6881 m·s^-1，爆压19.5 GPa，撞击感度15 J，摩擦感度353 N）。

摘要:

摘要:高聚物粘结炸药（PBX）在复杂环境下的热分解过程是典型的多尺度、多物理场耦合过程。现有研究多聚焦于特定尺度，呈现“碎片化”状态，缺乏能够贯通分子反应、介观损伤与宏观热-力行为的集成框架。本综述系统梳理了PBX热分解的研究现状，重点分析了PBX热分解的研究方法、影响因素以及应用，并展望了以下研究的方向：发展时空分辨先进原位表征技术；构建多尺度预测性仿真与理论模型；进行密闭约束条件下PBX炸药的热分解动力学研究，开发用于环境条件下长期老化预测模型。基于物理机制的寿命预测模型，可以结合弹药的实际服役历史，对其状态及后续服役寿命进行精准评估，指导耐老化PBX炸药配方的长效设计。

摘要:炸药在受到冲击时面临极端的高压环境，其状态、晶相和微结构将发生变化，进而影响武器系统的稳定性和安全性。本文聚焦极端条件下起爆药的结构变化及稳定性，以α相叠氮化铅为研究对象，通过金刚石对顶砧技术、原位高压同步辐射X射线衍射光谱和原位高压拉曼散射光谱，开展其静高压下的结构演化研究。结果表明，在一个标准大气压至26.6 GPa的压力范围内，其X射线衍射及拉曼散射光谱并未出现新峰，α相叠氮化铅未发生结构相变；并且随着压力的升高其光谱逐渐宽化、甚至消失，说明α相叠氮化铅发生了压致非晶化。进一步的分析表明，α相叠氮化铅具有各向压缩异性，其晶胞中a轴和b轴的压缩率较小，且数值接近，c轴压缩率远大于a轴和b轴，叠氮化铅的密堆积效应主要是由于c轴的压缩导致的；完全卸压后，其光谱并未恢复至初始状态，说明压致非晶化作用是不可逆的，该不可逆非晶化作用是由于叠氮根离子的变形导致的。

摘要:新型含能材料2，7-二（硝氨基）双（［1，2，4］三唑并）［1，5-b：1′，5′-e］［1，2，4，5］四嗪-5，10-二鎓-3，8-二内盐（TYX-2）因同时具备高能量与低感度的优势而备受关注。然而，在前期工作中尚未明确TYX-2的中性晶体结构，这在一定程度上制约了对其本征特性的深入研究。本研究采用丙酮/正己烷反溶剂体系制备了高质量的中性TYX-2·2（C₃H₆O）单晶，利用X-射线单晶衍射仪（SC-XRD）确定了其晶体结构。并采用差示扫描量热（DSC）和热重-质谱-傅里叶变换红外光谱联用技术（TG-MS-FTIR）表征方法分析了其热分解行为。晶体结构分析表明，TYX-2·2（C₃H₆O）晶体属于单斜晶系，空间群为P2₁/n，晶胞参数为a=10.6102（6） Å，b=6.7134（4） Å，c=12.3101（7） Å，晶体密度为1.509 g·cm^-3。TYX-2分子通过密集的氢键以及显著的π-π堆积作用，构建出稳定的三维超分子框架。热分析的结果表明，TYX-2的热分解峰温为217.5 ℃（升温速率10.0 ℃·min^-1），其分解过程呈现出典型的自催化行为，热解气体产物主要为CO₂、N₂O、HCNO、CO及NO₂。表观活化能经Kissinger法和联合动力学法计算分别为380.04 kJ∙mol^-1与302.40 kJ∙mol^-1，其固态热分解初期符合二维扩散（D2）模型，后期逐渐转变为化学反应控制。

摘要:以二茂铁基催化剂［FcCH₂N（CH₃）₃⁺］［PbCl₃^-］·CH₃CN（1）和［FcCH₂N（CH₃）₃⁺］₅［BF₄^-］₄［I^-］（2）（Fc=Ferrocene）为研究对象，系统探究并评价了其对固体推进剂燃烧性能的调控作用。通过TG-DSC测试发现两种催化剂具有很好的热稳定性，其分解峰温度分别为433.3 ℃和481.6 ℃。采用DSC法，研究两种化合物催化高氯酸铵（AP）的热分解作用，在添加质量分数为3%的催化剂时，化合物1和2分别使AP的热分解温度降低了48.9 ℃和61.1 ℃。同时针对端羟基聚丁二烯（HTPB）固体推进剂的进一步研究发现，当配方中分别引入质量分数为2.5%的化合物1和2作为燃烧催化剂时，在3 MPa燃烧室压力下，推进剂燃烧速率由4.06 mm·s^-1提升至8.99 mm·s^-1和9.06 mm·s^-1；在3~10 MPa压力区间内，推进剂压强指数（n）由0.32降至0.24和0.16。化合物2表现出优异的燃烧催化性能，在高性能固体推进剂体系中具有潜在的应用前景。

摘要:以双环［3.3.1］壬-2，6-二酮为原料，经溴化、环合、还原脱溴等步骤构建了一种新型笼状骨架三环［3.3.1.0³^，⁷］壬-2，6-二酮，再通过酮羰基的肟化和偕二硝化合成了一种新型笼状含能化合物2，2，6，6-四硝基三环［3.3.1.0³^，⁷］壬烷。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）联用研究了目标化合物的热稳定性，通过EXPLO5预测了其爆轰性能。结果表明：2，2，6，6-四硝基三环［3.3.1.0³^，⁷］壬烷的晶体密度为1.69 g·cm^-3，属单斜晶系，P2/n空间群，起始分解温度为186 ℃，计算爆速为7319 m·s^-1，爆压为21.57 GPa，显著高于金刚烷型同系物2，2，6，6-四硝基金刚烷。

摘要:为解决绿色高能氧化剂二硝酰胺铵（ADN）强吸湿性制约其工程应用的问题，制备ADN/六亚甲基四胺（HMTA，乌洛托品）共晶并对其进行性能研究。采用溶剂挥发法制备ADN/HMTA共晶，通过单晶X射线衍射（SC-XRD）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、有机元素分析（EA）、同步热分析（TG-DSC）、氧弹量热法、BAM撞击/摩擦感度测试及吸湿性测试，系统表征共晶的晶体结构、纯度、热性能、能量性能、机械安全性与吸湿性；借助Crystalexplorer构建2D指纹图谱对其分子间相互作用进行研究。结果表明，该共晶不对称单元中含2个ADN分子与1个HMTA分子，属单斜晶系C2/c空间群，密度为1.564 g·cm^-3，分子间相互作用分析有效印证了共晶中形成了键长更短、强度更强的N─H…N氢键；XRD与EA验证共晶为纯相且ADN与HMTA摩尔比为2∶1；热性能方面，共晶熔点为130.2 ℃，比ADN高38.8 ℃，热分解起始温度为168.5 ℃，比ADN高14.3 ℃；能量性能方面，共晶生成焓为-492.55 kJ·mol^-1，理论比冲值为201.07 s，计算爆速为7854 m·s^-1、计算爆压为20.72 GPa；机械感度方面，摩擦感度为288 N，撞击感度大于50 J，均高于ADN；吸湿性能方面，25 ℃、70%相对湿度下共晶153 h的吸湿率为0，而ADN 48 h时吸湿率已达20.95%。ADN/HMTA共晶的制备有效解决了ADN的强吸湿性问题。

摘要:高氮多环骨架因其较高的氮含量和较好的氧平衡，已成为新型高能含能化合物的研究热点之一。基于高氮多环骨架设计合成的含能分子通常表现出较高的生成焓。本研究以［1，2，4］三唑［1，5-b］［1，2，4，5］四嗪为基本骨架，通过三步反应合成了一种新型高氮多环硝胺类含能化合物—3-（4-硝基吡唑-1-基）-7-（N-甲基）硝胺基-［1，2，4］三唑［1，5-b］［1，2，4，5］四嗪（化合物4）。该化合物的结构经核磁共振波谱（NMR）、高分辨质谱（HRMS）及红外光谱（IR）等多种手段确认。X射线单晶衍射分析表明，化合物4属于正交晶系，空间群为Pbca，晶体呈层状堆积，室温下晶体密度为1.701 g·cm^-3。热重-差示扫描量热（TG-DSC）测试显示，该化合物的热分解起始温度达167 ℃。基于EXPLO5软件的理论计算表明，其理论计算爆速和计算爆压分别为8078 m·s^-1和25.2 GPa。此外，采用BAM法测得该化合物的撞击感度为9 J，摩擦感度为180 N。

摘要:为解决4，6-二硝基-5，7-二氨基苯并氧化呋咱（CL-14）现有方法中胺化反应不彻底、酸性杂质难以去除等问题，开发了一种CL-14合成新方法，以1-氯-3，5-二甲氧基苯（1）为原料，经硝化、叠氮关环和胺化三步法合成CL-14。考察了物料比、反应温度、反应时间、溶剂种类等因素对1-氯-3，5-二甲氧基-2，4，6-三硝基苯（2）、5，7-二甲氧基-4，6-二硝基苯并氧化呋咱（3）和CL-14得率的影响。同时，采用升降温结晶的方法培养得到了CL-14·DMSO晶体，为单斜晶系，属于P2₁/n空间群。采用Neyer D-最优化法测试了CL-14的短脉冲冲击起爆性能，起爆阈值电压为1223 V，表现出较好的冲击起爆感度。通过优化反应条件，从原料1经三步法合成CL-14的总得率为45%，纯度≥97%。

摘要:以吡唑并嘧啶稠环联四唑和三唑并嘧啶稠环联四环为原料，通过硝化反应合成中性含能化合物3-硝基-7-氨基-6-（1H-四唑-5-基）吡唑并［1，5-a］嘧啶（3）和2-硝胺基-7-氨基-6-（1H-四唑-5-基）-［1，2，4］三唑并［1，5-a］嘧啶（4），并利用嘧啶环中N原子的碱性，通过质子转移引入富氧含能阴离子NO₃^-和ClO₄^-得到硝酸盐（5、7）和高氯酸盐（6、8）。利用核磁共振波谱（¹H NMR、¹³C NMR）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和元素分析测试（EA）等对化合物进行表征。通过溶剂挥发法得到了化合物5和7的单晶，并通过X-射线单晶衍射法对其进行表征并进一步确认化合物5和7的单晶结构。通过真密度仪、差示扫描量热仪（DSC）、撞击感度仪、摩擦感度仪等进行理化性能和感度测试，同时理论计算了其生成焓和爆轰性能。结果表明，化合物4~8的爆轰性能（爆速位于7870~8471 m·s^-1，爆压位于23.1~30.7 GPa）均优于TNT（D_v =6881 m·s^-1，p=19.5 GPa）。通过质子转移形成硝酸盐（5和7）和高氯酸盐（6和8）的爆轰性能均优于其母体化合物3和4，其中高氯酸盐8（D_v=8471 m·s^-1，p=30.7 GPa）爆轰性能最高，说明构建含碱性N原子的稠环联四唑结构，并通过改变富氧含能阴离子可以调控化合物的爆轰性能。

摘要:富氮稠环含能分子因其高含氮量、高生成焓和大共轭结构，能够更好地平衡能量与安全性之间的矛盾，一直受到含能材料创制领域的广泛关注。但其合成路线往往涉及到骨架构建和官能团引入，因此相对繁琐。本研究以4-硝基-1H-吡唑-3，5-二胺和硝基丙二醛钠为原料，仅通过一步合成制备了稠合双环含能分子2-氨基-3，6-二硝基吡唑并［1，5-a］嘧啶（1），产率高达89.3%。采用核磁共振、红外光谱和X射线单晶衍射对目标化合物进行结构表征。化合物1晶体属于单斜晶系，C2/c空间群，室温下的单晶密度为1.774 g∙cm^-3。使用EXPLO5软件计算其爆轰性能，同时利用热重-差示扫描量热联用仪和撞击/摩擦感度仪测试其热分解温度与机械感度，结果表明化合物1的起始热分解温度为303 ℃，根据实测密度计算的爆速和爆压分别为7680 m∙s^-1和22.7 GPa，撞击感度和摩擦感度分别大于60 J和大于360 N，是一种有潜在应用价值的耐热不敏感炸药分子。

摘要:氧化呋咱由于具有“潜硝基”结构而拥有高能量被广泛研究，但其稳定性相对较差限制了实际应用。本研究以二氰基氧化呋咱为原料，通过还原-肟化-环化缩合反应将氧化呋咱替换为呋咱结构，合成了稳定性更高的新型1，2，5-噁二唑桥联双1，2，4-噁二唑含能化合物（1），对其硝化后得到3-（4-（5-氨基-1，2，4-噁二唑-3-基）-1，2，5-噁二唑-3-基）-1，2，4-噁二唑-5（4H）-酮（2）。利用核磁共振（NMR）、元素分析（EA）和红外光谱（IR）对其进行了表征。此外，采用单晶X射线衍射法进一步验证了化合物的准确结构，其中化合物1为斜方晶系，Pbcn空间群，Z=4， ρ=1.825 g·cm^-3，化合物2·3H₂O为三斜晶系，P-1空间群，Z=2，ρ=1.641 g·cm^-3。化合物1和2的撞击感度均为40 J，摩擦感度为360 N，计算爆速分别为7921 m·s^-1和7660 m·s^-1，计算爆压分别为22.4 GPa和20.5 GPa，均高于传统炸药TNT（6881 m·s^-1，19.5 GPa）。

摘要:以4，6-二氯-5-硝基嘧啶为起始原料，通过三步反应制备得到两种基于吡唑［1，5-d］四唑稠环骨架的含能盐6-叠氮基-7-硝基吡唑［1，5-d］四唑氨盐（化合物4）和6-氨基-7-硝基吡唑［1，5-d］四唑肼盐（化合物5）。采用傅里叶红外光谱、核磁共振、元素分析和X-射线单晶衍射技术确定了其结构。结果表明，氨水与水合肼的加入促使3，5-二叠氮基-4-硝基吡唑（化合物3）分子中邻位的叠氮基团发生原位环化反应，进而构建吡唑并四唑稠环骨架。同时，水合肼可将分子中未参与环化反应的叠氮基团还原为氨基。基于Gaussian 16程序计算，化合物4与化合物5的生成焓分别为666.0 kJ·mol^-1和461.9 kJ·mol^-1；采用EXPLO 5软件计算得到，化合物4和化合物5的爆速（D）与爆压（p）分别为8617 m·s^-1、28.8 GPa和8789 m·s^-1、28.4 GPa；依据BAM标准测试方法测定，化合物4与化合物5的撞击感度分别为1 J和10 J，摩擦感度分别为5 N和120 N。