CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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  • 含四唑多环自组装含能化合物的合成、晶体结构及性能
    含能材料 | 2024年第6期
  • 1,3,5,5‐四硝基六氢嘧啶与1,4,6,6‐四硝基‐1,4‐二氮杂环庚烷的合成、 晶体结构及性能
    含能材料 | 2024年第5期
  • 铝与氮氧化物高温均相反应机理的量子化学计算研究
    含能材料 | 2024年第4期
  • 高固含量NTO的连续流合成及性能表征
    含能材料 | 2024年第3期
  • 基于原位拉伸的HTPB推进剂多尺度损伤演化分析
    含能材料 | 2024年第2期
  • 铝锂合金稳定化包覆及其推进剂应用
    含能材料 | 2024年第1期
  • 液滴限域结晶制备CL-20/HMX共晶毫米空心球及其性能
    含能材料 | 2023年第12期
  • Energetic Materials Frontiers ESCI收录
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  • 含能化合物能量与安全性的矛盾极大限制了高能材料在高价值平台中的应用,同时也制约了装备的性能提升。因此,研制兼顾高能量与高安全性的新型含能化合物受到世界各国的高度重视。 富氮杂环骨架多数具有平面共轭结构、高热稳定性、以及丰富的可修饰化学位点等特点。通过向富氮杂环骨架中合理引入致爆基团和稳定化基团,有助于实现分子能量密度和稳定性的协同提升。近年来,富氮杂环含能化合物受到各国科研人员的广泛关注,新型骨架设计策略、分子构建方法、性能评价等研究成果不断涌现,为含能材料综合性能跃升奠定了坚实的理论基础。
  • 随着现代科技的高速发展,世界各国对高性能含能材料的需求越来越大。由于含能材料在生产过程涉及硝化等反应单元,而传统釜式反应器由于热质传递速率的限制,存在合成过程可控性差、效率低、危险性高等问题,极大地限制了高性能含能材料的应用和发展,也制约了国防技术快速高质量的发展。因此,化工过程技术和装备的自主创新是突破高性能含能材料等高端化学品制造短板的迫切需要。 为了提高硝化等强放热复杂反应过程的安全性,需要对反应过程进行精确操作和调控。国家安全监管总局发布的《精细化工反应安全风险评估导则》,明确要求对于危险反应工艺过程,要努力优先开展工艺优化或改变工艺方法以降低风险。微通道反应技术具有高效的传热传质、本征安全和易于直接放大等特性,为解决含能材料制造难题和实现其绿色高效连续安全生产奠定重要基础。 为此特组织出版“含能材料通道式连续合成与安全评价”专题。本期专题共收到11篇论文,观点1篇,研究论文8篇,综述2篇,展示含能材料连续安全可控合成过程中备受关注的热点问题。希望通过本专题的出版,促进含能材料合成领域学者的广泛交流,推进相关技术发展,为实现含能材料连续安全生产提供技术支撑。
  • 固体推进剂作为航天固体动力的重要推进能源,通常属于非均质的颗粒增强复合材料,其结构本身的多尺度特性决定了在使役条件下发生变形、损伤、失效破坏等力学行为的复杂性,以及对微细观结构内部裂纹萌生、扩展、汇聚这一跨尺度非线性演化过程的依赖性。采用微-细-宏观的多尺度研究方法,对于深刻认识和准确描述使役条件下固体推进剂的力学行为具有重要意义。 固体推进剂结构组分空间分布的精确化统计分析、不同演化阶段损伤的精准辨识与有效表征、固体推进剂宏观力学性能变化和失效破坏内在机理的准确揭示、不同尺度下性能构效关系以及包含多尺度参数的本构关系的构建、基于多尺度数值模拟的固体推进剂力学行为精确预示,是备受关注的热点方向。围绕上述研究方向,国内研究者在试验观测、理论分析和数值模拟的新方法、新模型及新理论方面取得了许多重要突破。 为了集中展现固体推进剂多尺度力学行为研究的最新代表性成果,本专题共收录论文10篇,包括研究论文9篇,综述1篇。期望通过本专题的出版,能够促进固体推进剂等含能材料研究领域学者之间的交流与合作,推动相关行业基础研究的发展。在此,对“固体推进剂的多尺度力学行为”专题所有的作者及审稿专家的辛勤付出表示衷心的感谢!
  • 弹药安全关乎生命安全、平台生存。20世纪60年代到80年代,国外曾发生了多起弹药爆炸安全事故,造成了重大人员伤亡和财产损失,给弹药的安全使用和装备平台的生存力敲响了警钟,折射出弹药安全问题的极端重要性,迫切需要发展安全弹药。发展安全弹药是一项系统工程,涉及材料、器件、结构、装备等方方面面,综合性能优良的不敏感含能材料是确保弹药安全的核心与关键。近年来,我国在不敏感含能材料与安全弹药方面开展了大量研究,设计合成了系列性能优良的新型低感高能单质炸药、开发了系列不敏感高能混合炸药、获得了不同刺激下弹药及装药的安全响应机理认知、建立了弹药安全性试验评价方法、掌握了多种弹药的反应烈度控制技术,对推动我国弹药安全性的提升具有重要意义。为展示不敏感含能材料与安全弹药的最新研究成果,特组织出版“不敏感含能材料与安全弹药”专题。本期专题共收到13篇论文,研究论文10篇,综述3篇,均是安全弹药领域普遍关注的难点和研究热点。希望通过本专题的出版,能有效促进含能材料与弹药领域学者的广泛交流与讨论,加快相关技术发展,为提升装备的综合性能提供技术支撑。
  • 新型推进剂的制备与能量调控是未来高性能固体火箭发动机的关键技术,对于提升导弹武器的生存能力和打击精度具有重要意义。现有固体火箭发动机在推力按需输出方面存在瓶颈,而基于固体燃料可控能量释放的调控方法为提升动力系统的机动能力开辟了新思路。界面调控型铝基复合燃料、电控推进剂、多物理场耦合等先进材料和技术是当前备受关注的热点方向,已在实验室层面展示了优异的调控性能,具有良好的应用前景。固体燃料可控能量释放应以发动机需求为牵引,使可控释能特性适用不同的应用场景。可控燃烧技术的研发应注重基础研究与应用研究相结合,通过能量释放原理的创新实现技术突破。可控能量释放方向的发展须多学科多单位交叉融合,将成为军民两用的基础性、前沿性技术。
  • 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。
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    • 蔡静静, 徐轩, 陈占扬, 杨军

      优先出版日期:2023-12-07  DOI: 10.11943/CJEM2023196

      摘要:为了探究孔内径向空气间隔对有/无金属罩聚能装药定向侵彻效果和炸药爆轰能量传递过程的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件,开展孔内装药空气间隔为6,8,10,12,14 cm时的数值模拟研究,分析了聚能装药中有药型罩形成EFP和无药型罩形成聚能气流的能量集中释放过程,以及对孔壁的定向侵彻深度。结果表明:空气间隔小于10 cm时,聚能气流对孔壁的侵彻深度相对于EFP平均侵深分别提高了53%(6 cm)和29%(8 cm)。空气间隔大于10 cm时,EFP平均侵彻深度相比于聚能气流均增加了26%(12 cm和14 cm)。计算聚能轴线上EFP和聚能气流单位面积通过孔壁的动能,发现空气间隔较小时,聚能气流在空气中衰减耗散的能量小于EFP塑性变形耗能,此时聚能气流对孔壁的侵彻效果较优;空气间隔较大时,爆轰产物空间膨胀造成聚能气流轴线处的密度和动能显著降低,而EFP由于具有高密度和不可压缩性,能量分散小,动能衰减缓慢,此时EFP对孔壁的侵彻效果优于聚能气流。

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    • 王蔚, 董晓芬, 王端, 李乾, 李思宇, 郭宇轩

      优先出版日期:2024-06-14  DOI: 10.11943/CJEM2023254

      摘要:飞片速度是冲击片雷管能否可靠起爆的一个关键因素,为了深入研究加速膛参数对飞片速度的影响,分别通过实验和数值模拟方法对飞片速度的影响因素进行分析。采用磁控溅射技术设计制备了一种膜层厚度为0.5/0.5/2 μm,尺寸为0.15 mm×0.15 mm的TiW/Ni/Au复合薄膜爆炸箔。在激励条件为0.1 μF、1200 V下,选用密度为1.45 g·cm-3,厚度为25 μm的聚酰亚胺飞片,利用光子多普勒速度测试技术测量了不同加速膛参数的飞片速度。研究结果显示:在相同孔径条件下,当加速膛厚度分别为0.3,0.4,0.5,0.6 mm时,随着加速膛厚度的增加,飞片速度先增后减,在厚度为0.4 mm时达到最高值;在相同厚度条件下,当加速膛孔径分别为0.15,0.23,0.3,0.35,0.45 mm时,飞片速度随孔径增加而降低,其中孔径为0.15 mm时速度最高;此外,在相同孔径和厚度下,飞片经过聚酰亚胺和陶瓷两种材质的加速膛测试得到的速度变化趋势和数值相近,而聚酰亚胺具有较高的强度和韧性,成本更低,因此可替代陶瓷作为加速膛材料。同时采用数值模拟方法重新拟合了适用于TiW/Ni/Au复合薄膜的飞片速度经验公式,验证结果表明,计算结果与实验数据的偏差均在2.5%以内。

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    • 闫镒腾, 孙善虎, 刘杉, 吉应旭, 白森虎

      优先出版日期:2024-04-08  DOI: 10.11943/CJEM2023262

      摘要:含支化结构的聚叠氮缩水甘油醚(BGAP)含能黏合剂比线型聚叠氮缩水甘油醚(GAP)含能黏合剂具有更高的相对分子质量、更宽的官能度(f)调节范围、更高的生成热、更低的黏度等,能够提高复合固体推进剂的能量水平以及改进其工艺性能和力学性能,是叠氮黏合剂的重要研究方向之一。如何可控调节官能度、相对分子质量及其分布等重要结构参数,成为获得高质量BGAP含能黏合剂的关键。本文详细阐述了BGAP的一步裂解叠氮化法合成工艺并提出了可能的合成机理,介绍了BGAP的性能研究现状,分析了存在的问题和不足,展望了BGAP的合成和性能研究发展方向,强调优化BGAP的后处理工艺、提高BGAP的制备能力以及加强BGAP的基础性能和应用研究是今后研究的重点。

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    • 南策, 赵鹏程, 张祉悦, 王逸飞, 王宗兴

      优先出版日期:2024-05-22  DOI: 10.11943/CJEM2024011

      摘要:射击残留物(GSR)是枪支发射时的重要伴生产物,GSR的分析对涉枪案件的侦查与诉讼活动中具有重要意义。传统的GSR检验主要以底火产生的无机物为主,而忽视了来自于发射药中的有机射击残留物(OGSR)成分。由于环境中普遍存在金属颗粒,以及无重金属弹药的生产和应用,常规检测方法易造成假阳性或假阴性的问题,OGSR的痕量检测技术正在成为研究热点。研究综述了近年来痕量OGSR检测的研究进展,重点讨论了拉曼光谱法、质谱法、液相色谱-质谱联用法以及电化学法在OGSR检测中的优势以及局限性,介绍了化学计量学在OGSR痕量检测中的应用。其中,液相色谱-质谱联用法检测OGSR的前处理简单,检出限低,灵敏度高。今后研究重点可为基于液相色谱-质谱联用技术获得的大量数据与化学计量学的数据处理技术相结合,构建具有快速分析识别OGSR样品的检测技术。

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    • 刘恒言, 梁争峰, 阮喜军, 程淑杰

      优先出版日期:2024-04-17  DOI: 10.11943/CJEM2024023

      摘要:目标方向的破片初速分布是评估定向战斗部威力的重要因素之一,为此对偏心双线起爆下战斗部定向侧全域破片的初速计算方法以及相较于中心起爆的动能增益进行了研究。基于微元思想推导了定向侧周向不同位置处破片初速的计算方法,开展了战斗部静爆试验,并将实验结果与理论计算进行对比,同时结合战斗部数值模拟结果对轴向速度修正函数进行了拟合,依据现有研究对算法普适性进行了验证。结果表明:所提出公式适用于偏心双线起爆战斗部,理论计算与试验结果间的误差不超过4.8%,计算结果符合实际情况;拟合所得修正函数可对轴向不同方位破片的飞散初速进行预估;在战斗部参数变化时算法仍具有较好的普适性,计算误差小于7.11%;与中心起爆相比,采用夹角为60°的偏心双线起爆模式可使定向侧中心-30°~30°范围内破片总动能增加34.9%。

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    • 左依文, 陈建波, 刘晓峰, 刘渝, 索志荣

      优先出版日期:2024-05-24  DOI: 10.11943/CJEM2024046

      摘要:为了解决TATB因溶解性差不适用于常规纯化方法的问题,采用反萃取技术,选用对TATB具有良好溶解性的新型绿色低共熔溶剂(CS-1),以水为反萃取剂,进行了TATB的纯化;对比了该法与其它纯化方法的不同,系统优化了该法中反萃取剂加入量、洗涤次数及干燥方式等条件对TATB的纯化影响,构建了纯度为(99.7±0.2)%,回收率为92.5%的TATB高效分离与绿色纯化方法。研究同时采用光谱过程监测和理论计算模拟,基于CS-1溶剂的TATB纯化动力学,探讨了基于氢键竞争和络合物解离的TATB纯化机制。

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    • 甘强, 张文博, 王亚军, 梁琳, 任姝, 李根, 何佳峻, 冯长根

      优先出版日期:2024-06-03  DOI: 10.11943/CJEM2024063

      摘要:异伍兹烷衍生物是当前最具潜力的笼形含能化合物之一,为了系统研究异伍兹烷衍生物的高温热分解规律,明确其爆轰机理,研究采用ReaxFF-lg反应性力场和分子动力学方法,对3种典型异伍兹烷衍生物ε-六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)、4,10-二硝基-2,6,8,12-四氧杂-4,10-二氮杂四环十二烷(TEX)和4,10-二叠氮甲基-2,6,8,12-四硝基六氮杂异伍兹烷(BATNIW)进行高温热分解研究。结果表明,脱硝基和开环是3种衍生物的主要初始反应,其中开环反应集中在五元环C—N键或C—O键。不同温度下热分解终产物中CO2和H2含量差异较大,3000 K以上N2含量接近。3种衍生物中,BATNIW热分解生成N2速度最快、产量最高;TEX热分解易生成团簇,生成特征产物乙二醛。3种衍生物热分解活化能排序为TEX>BATNIW>ε-CL-20,说明TEX稳定性最好。研究初步揭示了3种异伍兹烷衍生物分子结构与热分解规律的内在联系。

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    • 彭盼盼, 屈炜宸, 杜黎小松, 史淑婧, 赵新岩, 李磊, 杜芳, 陶博文, 李洪旭

      优先出版日期:2024-05-16  DOI: 10.11943/CJEM2024081

      摘要:二硝酰胺铵(ADN)作为一种极具应用前景的新型氧化剂,由于其阳离子NH4+易与空气中的水分子形成氢键,因而存在强吸湿性缺点,导致当前无法实现大规模化工程应用。据此,本研究提出一种阳离子调控策略,结合Schiff base反应和离子交换反应,以对苯二甲醛(TPA)、氨基胍盐酸盐(AGC)和ADN为原料,通过操作简单、安全高效的一锅法反应,成功合成出含二价阳离子的新型二硝酰胺类含能离子盐(DBDN)。采用元素分析、红外光谱和核磁光谱等对其化学结构进行表征,同时结合热分析、机械感度测试和理论计算对其理化性能进行分析,并采用干燥器平衡法对ADN和DBDN进行吸湿性研究。结果显示,DBDN的撞击感度(IS)、摩擦感度(FS)和热分解温度(Td)分别为>40 J、16%和225 ℃,其安定性要远优于ADN(5 J、76%和198 ℃)。此外,在25 ℃、相对湿度(RH)分别为66%和75%的条件下,静置9天后,ADN的饱和吸湿率为24.1%和39.5%,而DBDN仅为0.26%和0.48%,表现出不吸湿特性。

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    • 李智锋, 林莉, 张伟斌, 赵文瑕, 马志远, 李海宁

      优先出版日期:2024-06-20  DOI: 10.11943/CJEM2024089

      摘要:为突破TATB基PBX超声仿真精度的局限,实现结构与性能关联的超声无损检测与表征,提出基于CT图像建模的PBX超声仿真建模方法,利用CT图像中颗粒相与黏结剂相显著的灰度分布差异提取结构形态和特征,通过对CT图像切片降噪、二值化、边界优化等处理,获得了包含造型粉颗粒及边界形态的二维几何结构模型,并将该模型用于超声传播过程的有限元仿真,定量对比了基于CT图像的超声仿真模型与Voronoi模型仿真效果的差异。研究表明,基于CT图像模型可以实现TATB颗粒及边界形态随机复杂结构特征的有效刻画,使得超声仿真结果与实验更趋一致,声速、衰减、频域幅值和表观积分背散射系数的误差分别为0.32%、1.14%、0.92%和1.55%,均在2%以内,相较于Voronoi模型的误差(2.77%、35.93%、20.70%、13.68%)大幅降低,仿真准确性得到显著提升。

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    • 宋亮, 陈博聪, 张泳, 苏浩龙, 侯方超, 叶婧, 佘冲冲

      优先出版日期:2024-06-20  DOI: 10.11943/CJEM2024098

      摘要:为了研究黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)和六硝基茋(HNS)晶体的形貌特征,采用了统一动力学三维分区方法对这3种含能材料晶体的实时生长形貌进行了模拟,研究了结晶生长条件对晶体外形和晶面拓扑结构的影响。研究结果表明,RDX预测的晶形呈现类菱形,主要晶面包括(0 1 0)、(1 0 0)和(1 1 0)面;HMX晶体呈柱状,主要晶面包括(0 1 1)、(0 1 0)和(1 1 -1)面;而HNS晶体呈薄片状,其中(1 0 0)面的显露面积最大,所预测的含能材料晶体外形与实验结果吻合。当RDX、HMX和HNS晶体呈现二维成核和外延生长模式时,较高的驱动力(Δμ=418.59 kJ·mol-1)导致晶体的分子层不断堆叠,呈现分层生长;而温度较低时,生长单元首先附着在晶面平台区域,逐渐形成“岛状”集聚,随后进行外延生长;当晶面足够大时,可能出现多个大小不同的“岛状”结构,并随时间增长逐渐合并。在较低驱动力下(Δμ=27.21 kJ·mol-1),HNS晶体呈现螺旋位错生长,其中(1 0 0)晶面通过一个螺旋轴引发片层生长,形成“梯田”型晶面。通过附着能力分析发现,螺旋的扭结位和台阶面具有较强的吸附能力,而平台上的位点吸附能力较弱。

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    2024年第32卷第6期       富氮杂环含能化合物的创制

      >专题导言
    • >含能快递
    • 张文全

      2024,32(6):571-572, DOI:

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    • >制备与性能
    • 潘林虎, 王睿辉, 樊明仁, 宋思维, 王毅, 张庆华

      2024,32(6):573-583, DOI: 10.11943/CJEM2024055

      摘要:与经验和计算指导的研发模式相比,机器学习辅助的含能分子高通量虚拟筛选技术,在分子设计效率及构效关系定量分析方面都展现出明显优势。鉴于富氮稠环含能化合物较好的能量-稳定平衡特性,研究利用机器学习辅助的高通量虚拟技术对[5,6]富氮稠环类含能分子的化学空间进行了探索研究,基于[5,6]全碳骨架,通过组合枚举和芳香性筛选得到142689个[5,6]稠环类化合物,同时采用核岭回归算法建立并优化了6个含能分子性能预测模型(密度,分解温度,爆速,爆压,撞感和生成焓),分析了稠环上的氮氧原子以及分子上官能团对含能化合物性能的影响。结果发现,所生成稠环化合物的构效关系与含能化合物能量与稳定性相关性的一般规律相符,验证模型的合理性。以爆速和分解温度作为能量和热稳定性的标准,研究进而筛选获得了5个综合性质较为突出的分子,利用DFT等量子化学计算的结果与本研究模型预测结果符合良好,进一步验证了预测模型的精度。

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    • 张荣政, 陆明, 许元刚

      2024,32(6):584-590, DOI: 10.11943/CJEM2024053

      摘要:以5-(三氟甲基)-1,2,4-三唑-3-胺为原料,两步合成了一种含氟稠环含能化合物3-(1H-四唑)-7-(三氟甲基)-1,2,4-三唑[5,1-c]-1,2,4-三嗪-4-氨基(2)。采用X射线单晶体衍射仪确定了目标化合物的晶体结构,通过核磁共振、傅里叶红外光谱、差示扫描量热仪对其进行了结构测试与性能表征,通过EXPLO5预测了爆轰性能,采用BAM标准方法进行了感度测定。结果表明,合成过程高效、无毒、简单,所得目标化合物的晶体2·DMF属于三斜晶系,Pī空间群,晶胞参数a=4.9035(10) Å,b=10.219(2) Å,c=15.194(3) Å,V=720.4(3) Å3α=107.163(6)°,β=92.486(7)°,γ=96.4438(7)°,Z=2;其理论爆速爆压分别为6933 m·s-1和17.1 GPa,撞击感度>40 J,摩擦感度>360 N。

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    • 杨雅麟, 秦逸枫, 夏江璐, 杜慧英, 李馨宇, 伍波, 马丛明

      2024,32(6):591-600, DOI: 10.11943/CJEM2024006

      摘要:多环富氮含能化合物因其在构建低机械感度、良好热稳定性和高密度新型含能分子方面的独特优势,而备受国内外研究人员关注。研究将四唑环接入稠环中构建新型多环富氮骨架,利用其作为高能有机燃料和氢键供体,进一步与富有氢键受体的氧化性结构单元HClO4通过非共价键自组装,合成了3种不含结晶水的新型多环自组装含能化合物——7-氨基-6-(2H-四唑-5-基)-吡唑并[1,5-a]嘧啶高氯酸盐(1),7-氨基-6-(2H-四唑-5-基)-[1,2,4]三唑并[1,5-a]嘧啶高氯酸盐(2)和2,7-二氨基-6-(2H-四唑-5-基)-[1,2,4]三唑并[1,5-a]嘧啶高氯酸盐(3采用核磁共振谱(H NMR)、X-射线单晶衍射(XRD)分析对其结构进行表征,利用差示扫描量热仪-热重联用(DSC-TG)和BAM法测试其热稳定性和机械感度,并运用Gaussian 09程序和EXPLO5 V6.05.02预测其爆轰性能。结果表明,3种化合物均有较高的晶体密度(密度ρ: 1.75~1.86 g·cm-3)、良好的热稳定性(热分解起始温度Td: 184~260 ℃)和爆轰性能(爆速v: 7343~7570 m·s-1; 爆压p: 21.1~22.8 GPa),优于传统炸药三硝基甲苯(TNT)。其中化合物1(撞击感度IS>40 J,摩擦感度FS=216 N)和化合物3IS=25 J,FS=240 N)展现出低的机械感度。

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    • 蒋帅杰, 秦雅琪, 许元刚, 陆明, 王鹏程

      2024,32(6):601-607, DOI: 10.11943/CJEM2024028

      摘要:以五唑银为原料与3,5,7-三氨基-[1,2,4]三唑并[4,3-a][1,3,5]三嗪盐酸盐通过复分解反应合成了一种新型非金属五唑盐——3,5,7-三氨基-[1,2,4]三唑并[4,3-a][1,3,5]三嗪五唑盐(4)。通过X-射线单晶衍射、红外光谱(IR)、元素分析(EA)、核磁共振(NMR)对合成的新型五唑盐进行了结构表征,并采用热重分析(TG)和差示扫描量热分析(DSC)测试其热分解行为。使用原子化法计算了化合物4的生成焓,使用EXPLO5预测了爆轰性能,并采用BAM方法测试其撞击感度和摩擦感度。测试结果显示,化合物4的晶体密度为1.644 g·cm-3,属单斜晶系,P21/n空间群,氮含量77%,热分解温度113.8 ℃,生成焓491.5 kJ·mol-1,爆速7913 m·s-1,爆压19.6 GPa,撞击感度>40 J,摩擦感度>360 N。

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    • 胡李劲草, 孙环宇, 安子伟, 赵子昌, 黄伟, 刘雨季

      2024,32(6):608-614, DOI: 10.11943/CJEM2023270

      摘要:以4-氯-3,5-二硝基-1H-吡唑为原料,经胺化及取代/还原反应得到5-氨基-2H-吡唑-3,4-双酮-3-肟-4-腙(3),并制备了3种含能离子盐——高氯酸盐(4)、硝酸盐(5)和5,5΄-二硝氨基-3,3΄-偶氮-1,2,4-噁二唑盐(6)。通过溶剂挥发法得到了化合物34的单晶,并通过X-射线单晶衍射法对其进行表征。通过核磁共振波谱、红外光谱等方法对含能化合物3~6的结构进行表征;通过真密度仪、差示扫描量热仪、撞击感度仪、摩擦感度仪等对其性能进行测试;同时理论计算了其生成焓和爆轰性能。结果表明,化合物3为平面构型,酮肟和酮腙具有显著的双键特征,降低了吡唑环的共轭性,使其易于成盐。成盐后不同阴离子对中性化合物的性能有着多方面的影响。其中高氯酸根阴离子不但改善了化合物的氧平衡,还提高了化合物的密度,使得高氯酸盐4的爆速和爆压(8499 m·s-1,30.2 GPa)相比中性化合物3(8072 m·s-1,22.5 GPa)有一定程度提升;另外5,5΄-二硝氨基-3,3΄-偶氮-1,2,4-噁二唑显著提高了中性化合物3的分解温度,由135 ℃上升至285 ℃。结果表明通过阴阳离子的合理搭配,可以有效调控目标含能化合物的性能。

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    • 李涛, 易文斌, 于琼

      2024,32(6):615-622, DOI: 10.11943/CJEM2024039

      摘要:以5,6-二肼基-[1,2,5]噁二唑并[3,4-b]吡嗪(1)为原料合成了5,5''-(肼-1,2-二亚基亚胺)双(5,7-2H-[1,2,5]噁二唑并[3,4-e][1,2,4]三唑并[4,3-a]吡嗪-8(4H)-亚胺)高氯酸盐(2)和5,5''-(二氮烯-1,2-二亚基)双([1,2,5]噁二唑并[3,4-e][1,2,4]三唑并[4,3-a]吡嗪-8(7H)-亚胺)硝酸盐(3)两种富氮含能盐。采用核磁共振(NMR)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、元素分析(EA)、X-射线单晶衍射(XRD)等多种手段对含能离子盐23的结构进行了表征,利用差示扫描量热法(DSC)研究其热分解行为,运用BAM标准测试方法获得摩擦感度和撞击感度,同时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23的晶体均属于单斜晶系,分别属于PnP21/n空间群,二者的晶体结构中阳离子部分具有良好的平面性,晶体堆积图中观察到了大量氢键。化合物23的热分解温度分别为154 ℃和130 ℃,理论爆速分别为7722 m·s-1和8008 m·s-1,理论爆压分别为26.3 GPa和28.4 GPa,摩擦感度均为360 N,撞击感度均大于40 J。化合物23在爆轰性能、摩擦感度、撞击感度性能上均优于传统炸药TNT。

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    • 王喆, 尹平, 庞思平

      2024,32(6):623-630, DOI: 10.11943/CJEM2024056

      摘要:以多氨基稠环化合物6,7-二氨基-3亚氨基-[1,2,4]三唑并[1,2,4]三唑连四唑(TATOT-T)为原料,经过高锰酸钾氧化偶联和高氯酸成盐等步骤,合成了一种偶氮桥联的富氮多环含能化合物2,2′-二四唑基-3,6-二氨基-7,7′-偶氮基-[1,2,4]三唑并[1,2,4]三唑高氯酸盐(2)。采用傅里叶红外光谱、核磁共振、元素分析、X-射线单晶衍射技术,以及差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TG)对化合物2进行结构表征和热性能分析,结合高斯软件计算的生成焓,使用EXPLO5软件计算了其爆轰性能。结果表明,所得化合物2晶体属于单斜晶系,晶体密度为1.750 g·cm-3,每个晶胞中包含4个分子,起始热分解温度为232.6 ℃,理论爆速为8373 m∙s-1,爆压为29.05 GPa,撞击感度为40 J,摩擦感度为360 N,对外界机械刺激钝感,具有良好综合性能。

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    • 江天宇, 刘天林, 王康才, 夏宏蕾, 张文全

      2024,32(6):631-640, DOI: 10.11943/CJEM2024091

      摘要:基于两种乌洛托品笼状阳离子结构,合成了两种新的五唑盐——乌洛托品五唑盐(C6H13N91)和甲基化乌洛托品五唑盐(C7H15N92)。通过X-射线单晶衍射、红外光谱(IR)、质谱(MS)和核磁共振(NMR)对合成的五唑盐进行了结构表征,并采用热重分析(TG)和差示扫描量热分析(DSC)测试其热分解行为。使用原子化法计算了化合物12的生成焓,使用EXPLO5预测了爆轰性能,并采用BAM方法测试其撞击感度和摩擦感度。测试结果显示,化合物1属于单斜晶系(P21/c),晶胞参数为a=13.6795(2) Å,b=11.6892(1) Å,c=12.5941(2) Å,V=1937.53(5) Å3α=γ=90°,β=105.822(1)°,Z=8,Dc=1.448 g·cm-3,化合物2属于单斜晶系(P21/m),晶胞参数为a=6.9025(5) Å,b=7.6042(5) Å,c=10.6808(9) Å,V=538.50(7) Å3α=γ=90°,β=106.148(8)°,Z=2,Dc=1.389 g·cm-3。化合物12的热分解温度分别为90.0 ℃和82.8 ℃,理论爆速爆压分别为8291 m·s-1,20.33 GPa和7862 m·s-1,17.41 GPa。测得化合物12的撞击感度和摩擦感度分别为5 J,288 N和3 J,86 N。

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    • 余沛东, 刘强强, 丁小勇, 刘应乐, 高海翔

      2024,32(6):641-650, DOI: 10.11943/CJEM2024061

      摘要:研究设计、合成并表征了化合物5,7-二(三氟甲基)-2-(二硝甲基)-[1,2,4]三唑[1,5-a]嘧啶(1)。采用差示扫描量热仪、高斯03及EXPLO5 v6.05软件分别测试或计算了其热性能、生成焓和爆轰性能,并通过Hirschfeld表面分析、2D指纹图谱、静电势(ESP)对化合物1和已报道的偕二硝甲基含能化合物进行了对比研究。结果表明,化合物1具有较低的机械感度,其撞击感度>40 J, 摩擦感度>360 N,这与已报道的CHON型偕二硝甲基含能化合物的敏感性有很大不同。单晶堆积及分子间作用力的计算结果表明化合物1中的卤键(C—F…X)能够有效打断分子之间O…O相互作用的生成。此外,由于三氟甲基的存在,化合物1展示出较为优越的静电势值和静电势偏移值,从而使其比其它偕二硝甲基含能化合物更加稳定。

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    • 温昱佳, 张婧, 窦金康, 谭博军, 刘宁

      2024,32(6):651-659, DOI: 10.11943/CJEM2024022

      摘要:针对增塑剂易迁移、渗出进而严重影响聚合物基复合材料物化性能和机械性能的问题,研究通过3-硝基-4-羟基呋咱与3,3-二溴甲基氧杂丁环(BBMO)偶联合成2种新单体3-(4-硝基呋咱-3-氧甲基)-3-溴甲基氧杂环丁烷(BrNFMO)、3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧杂环丁烷(BNFMO),以端羟基聚醚(HTPE)为大分子引发剂,在三氟化硼乙醚催化下分别与BrNFMO、BNFMO以及对照组BBMO共聚后叠氮化,制备得到三种内增塑嵌段共聚物,对其进行结构、热分解行为、内增塑性能测试,并对所设计目标共聚单元进行量化计算以评估其爆轰性能。最后对共聚工艺进行了优化,通过“假活性”聚合策略对引入嵌段的程度进行控制。结果表明,该系列新型含能共聚单元具有优于现有叠氮基氧杂环丁烷单体的能量水平。与直接将叠氮基团引入聚合物相比,通过呋咱醚桥联结构将叠氮基团进行引入能够通过内增塑策略获得具有更低玻璃化转变温度Tg与黏度的含能共聚物(Tg可降低5.27 ℃,黏度可降低4.90 Pa·s),其热稳定性也得到了提高(Td可提高7.3 ℃)。

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    • >综述
    • 刘友海, 黄实, 张文全, 杨福胜

      2024,32(6):660-671, DOI: 10.11943/CJEM2024088

      摘要:含能材料的开发面临诸多挑战,传统“试错法”的研发模式会导致研发周期长,效率低。随着数据科学与人工智能技术的发展,基于数据驱动的研发模式为含能材料的发展开辟了新的路径。多环含能化合物是当前含能材料学科的研究热点,其中氮杂多环骨架由于存在π电子的离域共振和较多的可修饰位点,分子结构的稳定性得到提高,同时能量基团的存在保证了分子的能量水平,使得能量与稳定性之间的固有矛盾得到很好的平衡。研究简要介绍了数据驱动开发新型含能材料的工作流程,概述了数据驱动方法用于氮杂多环含能化合物开发的最新研究进展,最后对数据驱动的方法用于新型含能材料的开发提出展望。未来的发展方向应考虑通过数据增强、治理等手段补充数据量,以提高模型预测的准确性及泛化能力;可通过建立化学反应条件和合成路径筛选的机器学习模型预测分子的可合成性,从而加速新型氮杂多环含能化合物的开发。

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    • 刘磊, 王泽涛, 刘雨季, 汤永兴, 黄伟

      2024,32(6):672-682, DOI: 10.11943/CJEM2024031

      摘要:偶氮桥连富氮杂环含能化合物在含能材料领域应用广泛。传统构建偶氮桥连化合物通常采用氧化偶联法,存在安全风险高和环境污染严重等问题。电化学合成方法由于其高效、可控和环境友好等优点备受研究者青睐。本文围绕近年来呋咱、吡唑、三唑、四唑等偶氮桥连富氮杂环含能材料的电化学合成研究,介绍了电解质和电极等条件对反应的影响,总结了不同偶氮桥连富氮杂环含能化合物的电化学合成机理,提出了未来的研究方向,如采用电化学制备传统方法无法合成的含能分子,利用电化学方法实现氮-氮单键、碳-氮单键、分子内偶氮键等化学键的构建,和探索稠环以及连环等复杂含能材料的电化学合成以及电化学合成方法的工程化放大研究等,为电化学合成偶氮桥连富氮含能分子的研究和采用电化学方法制备含能材料提供参考。未来研究中可以通过电化学方法实现已知含能材料的绿色合成,并且定制化生产和开发传统有机合成方法无法制备的高性能新含能材料。

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