发展高能量、低感度、低成本的炸药一直以来都是含能材料领域研究者们孜孜以求的目标^[1]，而现有单质炸药很难在能量、安全性和价格上得以统一^[2]。共晶作为含能材料领域的新型改性技术，可克服普通改性方法不能改变炸药内部组成和晶体结构的局限，使不同种类的单质炸药在分子层面有序排列，形成具有独特结构的共晶炸药，赋予炸药新的性能，为解决现有单质炸药能量和安全性矛盾提供一条崭新途径，这对改善炸药的性能具有重要意义^[3-5]。六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)是目前能量最高的单质炸药之一，具有广阔的应用前景，但其高感度及高成本严重制约了它的发展应用^[6]。1, 3-二硝基苯(1, 3-dinitrobenzene, DNB)作为一种廉价、钝感炸药，常被用作TNT的代用炸药，但其能量不太理想^[7]。若能通过共晶技术，使CL-20与DNB在分子水平上通过非共价键结合在同一晶格中，形成具有独特结构的炸药晶体，则有望在不显著降低能量的同时使CL-20的感度和使用成本较大幅度下降，从而拓展CL-20的应用范围。

本项目选用溶剂缓慢蒸发法，将10mmol的CL-20和相同摩尔数的DNB溶解于乙醇溶剂中，形成饱和溶液，置于30°恒温培养箱缓慢结晶10天，即可得到无色棱柱状共晶炸药。采用X射线衍射仪和四圆衍射仪对共晶结构进行测试和表征，采用差示扫描量热法(DSC)分析其热分解特性。

粉末X射线衍射(见图 1)表明：CL-20/DNB共晶的衍射曲线明显不同于两个单组分，DNB在21°处的一个极大衍射峰值在共晶衍射图谱里没有出现；CL-20在12.5°和30.3°处的两个较大衍射峰值在共晶图谱里也没有出现，相反，共晶图谱在5.2°及25.5°等处出现了较大衍射峰，这种明显的差异表明在这一过程中有新的物相形成。

单晶晶体结构分析表明(见图 2)，CL-20/DNB共晶炸药由CL-20与DNB以1:1(摩尔比)结合形成，该晶体属于正交晶系，Pbca空间群，晶胞参数：a= 0.94703(6) nm，b=1.34589(8) nm，c=3.3620(2) nm，α=β=γ=90°，V=4.2852(5) nm³，D_c=1.880 g·cm^-3，Z=8，μ=0.175 mm^-1，F(000)=2464，R₁=0.0378，ωR₂=0.1020。相关结果已被剑桥晶体学数据库(CCDC)收录，CCDC号为940129。分析CL-20/DNB共晶分子的晶胞堆积方式(见图 3)可知，在诸多相互作用力下，共晶体内部CL-20和DNB分子以分层的方式规整地排列，共晶内CL-20分子和DNB分子间形成了氢键，且氢键类型为C—H…O氢键。其中DNB分子以错位的方式面对面平行排列，整个晶体结构紧密，密度显著高于CL-20/TNT共晶炸药(1.840 g·cm^-3)^[3]。尽管TNT的密度高于DNB，但CL-20/DNB共晶组分分子堆积方式比CL-20/TNT更紧密，因此分子堆积方式对共晶炸药的密度产生较大的影响。

DSC曲线(见图 4)表明，CL-20/DNB共晶炸药的热分解过程主要分为三个阶段，包括一个吸热熔化阶段和二个放热分解阶段。熔化阶段中共晶的熔化温度为136.4 ℃，较原料DNB的91.7 ℃高44.7 ℃，推测在该点共晶分解转化为CL-20和液态DNB；在放热分解阶段的188~268 ℃出现了216.9，242.9 ℃两个分解放热峰值，推测其为共晶分解后的两个单组分分别分解放热所致。经上述分析可知，形成共晶后炸药的熔点和分解温度较原组分发生了变化。

CL-20/DNB共晶炸药的晶体密度比CL-20/TNT共晶炸药的高，而DNB的感度低于TNT，因此，CL-20/DNB的感度可能比CL-20/TNT低，再加之DNB的成本显著低于TNT，因此，该共晶可能成为一种具有高能、钝感、廉价特性的优良炸药，其性能需作进一步研究。