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- 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。
- 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。
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优先出版日期:2024-04-18 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。 -
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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优先出版日期:2024-04-17 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2 和3 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2 和3 的晶体均属于单斜晶系,分别属于Pn 和P21/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2 和3 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2 和3 在爆轰性能、摩擦感度、撞击感度性能上均优于传统炸药TNT。 -
优先出版日期:2024-04-15 DOI: 10.11943/CJEM2024032
摘要:为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆防护效果,采用有限元-光滑粒子流体动力学耦合算法(FEM-SPH)建立水下多介质耦合爆炸模型;设计不同波纹钢-混凝土板复合结构防护方案,探究不同复合结构防护层(含3,6,9,12 mm厚波纹钢复合结构、含30°,45°,60°,75°波纹钢复合结构和含10,30,50,70 mm波高波纹钢复合结构)的水下削波吸能效果,并提出耗能分担率对复合结构进行防护效果评价。研究结果表明:混凝土板迎爆面与背爆面的模拟结果与试验结果较为吻合,验证了水下接触爆炸模拟过程;不同复合结构防护方案下,含12 mm厚波纹钢复合结构、含75°波纹钢复合结构和含70 mm波高波纹钢复合结构防护方案较无防护方案测点峰值压力最大降幅为63.2%,60%和57.9%,最大防护率分别为63.2%,60.0%和57.9%、耗能分担率为69.48%,66.26%和63.51%;最优型式(厚度为12 mm/夹角为75°/波高为70 mm)复合结构的削波吸能效果及防护效果均显著优于单一因素影响下的复合结构。研究成果可为不同波纹钢-混凝土板复合结构在水下抗爆防护领域的应用提供理论基础。
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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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优先出版日期:2024-04-07 DOI: 10.11943/CJEM2024029
摘要:表观断裂韧性(Kc)是表征高聚物粘结炸药(PBX)抵抗裂纹萌生和裂纹扩展的重要材料性能,研究表观断裂韧性Kc的尺寸效应对预测不同尺度的PBX的起裂及失效行为具有重要意义。通过中心裂纹巴西圆盘(CSTBD)试验,对PBX代用材料的表观断裂韧性Kc的尺寸效应特性进行研究,通过断裂试验研究了不同裂纹长度(2,4,6,8,10 mm)对CSTBD试样表观断裂韧性Kc的影响。并采用了传统的最大切应力(MTS)准则以及考虑Willimas级数高阶项系数和断裂扩展区(FPZ)长度预估模型的修正最大切应力(MMTS)准则,对PBX代用材料的表观断裂韧性Kc的尺寸效应解释。结果发现,随着裂纹长度的增加,Kc从0.139 MPa·m0.5增长至0.251 MPa·m0.5,并且随着裂纹长度的增加Kc趋于稳定。在使用A3项修正的FPZ长度预估模型下,相较于传统的最大切应力(MTS)准则,使用修正的最大切应力(MMTS)准则能够很好地解释PBX代用材料表观断裂韧性Kc的尺寸效应。
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优先出版日期:2024-03-28 DOI: 10.11943/CJEM2024010
摘要:为研究JEO炸药(3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)/奥克托今(HMX)/添加剂)的烤燃响应特性,设计了炸药烤燃多点测温-测压实验系统,开展了5 ℃·min-1和2 ℃·min-1 2种升温速率下的JEO炸药烤燃实验,获得了点火时间、点火温度、不同位置处炸药的温度历程和装置内部的压力历程,分析了升温速率对JEO炸药烤燃温度、压力变化和反应剧烈程度的影响。在实验研究的基础上,采用考虑压力对炸药热分解反应影响的炸药烤燃多相流物质输送模型,使用Fluent软件对不同升温速率下JEO炸药的烤燃热分解过程进行了数值模拟研究。研究结果表明,JEO炸药热分解反应在相变前较为缓慢,相变后反应速率加快,炸药温度升高加快、压力呈指数增长,直至点火,JEO炸药的点火温度约为220 ℃,在本实验的约束条件下响应等级为爆燃,具有良好的热安全性;随着升温速率的降低,JEO炸药的点火时间变长,点火位置由装药边缘移向中心,反应剧烈程度增加;点火前的热分解过程中只有少部分炸药发生了反应,大部分炸药在点火后的燃烧阶段发生反应。
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优先出版日期:2024-03-27 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。 -
优先出版日期:2024-03-26 DOI: 10.11943/CJEM2023269
摘要:含能材料的形貌及结构对其各项性能具有显著影响,为改善现有含能材料的固有性能,满足武器装备不同应用需求,含能材料的组装是一种有效的技术手段。基于国内外学者的相关工作,从单一组分含能材料通过组装直接影响结构从而调控其性能、多组分复合含能材料的组分及复合结构协同调控性能两个角度出发,综述了当前含能材料的组装方法及其对性能的调控效果,阐述了其它功能材料组装对含能材料的启示。当前,单一组分含能材料组装可以带来新的炸药形貌,多组分组装可以弥补现有性能调控的不足,实现能量及安全性能协同提升,但含能材料的组装发展还面临着组装方法单一、过程调控难、组装机制尚不明确、多组分研究不够深入等问题。未来研究可以重点关注含能材料晶体组装理论完善、微介观表征技术发展及新组装技术探索三个角度。
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史喆, 赵媛媛, 马志伟, 杨玉林, 张健, 王旭文, 梁家燕
优先出版日期:2024-03-22 DOI: 10.11943/CJEM2023268
摘要:为了解决纳米铝热剂的制备工艺中组分分布不均匀和燃烧效率低等问题,采用层层组装技术将铜-均苯三甲酸(Cu(BTC))和铁-均苯三甲酸(Fe(BTC))交替包覆在nAl表面,制备核壳结构nAl@Cu(BTC)/Fe(BTC)纳米铝热剂,并对其结构、形貌、热反应性能(铝热反应温度)和燃烧性能(燃烧时间、点火延迟时间和燃烧温度等)进行研究。结果表明:层层组装技术可以调控包覆层的厚度和形貌,随着包覆层厚度的增加纳米铝热剂从粗糙疏松逐渐变得光滑致密;交替包覆12层Cu(BTC)/Fe(BTC)的纳米铝热剂燃烧剧烈,火焰传播速率较快,在0.710 s内火焰达到最大,具有适中的点火延迟时间(0.509 s)、最短的燃烧时间(2.036 s)和最高的燃烧温度(1425 ℃),此时,Cu(BTC)和Fe(BTC)的协同作用使其铝氧化反应温度峰值降低到552.5 ℃和735.0 ℃。
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优先出版日期:2024-03-18 DOI: 10.11943/CJEM2023263
摘要:含能晶体堆积结构是影响其感度的重要因素之一,通过晶体中分子层间滑移来缓冲外界刺激是降低含能材料感度的重要机制。为了更好地设计低感高能分子, 理解分子的几何形状与其晶体特性的内在关系十分重要。研究以剑桥晶体数据库中的CHNO类中性硝基分子为样本,采用假设检验方法(包括Z检验、t检验和χ2检验)研究了分子的几何形状与其晶体密度、堆积系数及可滑移性之间的关联性。结果表明,在球形、平面和线形分子中,球形分子有最高的晶体密度和堆积系数,但可滑移性较弱;平面度高的平面形分子通过高堆积系数可获得与球形分子相当的晶体密度,同时平面形分子的晶体可滑移性较强,其χ2检验的置信度接近1;线形分子则不如前两者。虽然存在某些高晶体密度和堆积系数的含能晶体不具有可滑移的分子层结构,但整体而言,可滑移晶体的晶体密度和堆积系数均比不可滑移晶体大,其Z检验与t检验的置信度均大于0.95,表明通过设计易于发生分子层间滑移的晶体结构来降低其感度与提升晶体密度并不矛盾。其中平面形分子晶体密度一般较高,与晶体可滑移性强相关,是设计低感高能分子的首选。
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优先出版日期:2024-03-12 DOI: 10.11943/CJEM2023266
摘要:为了探究不同管材侧向环形切缝装药的爆炸能量传递特性,开展常规柱状装药和4种管材侧向环形切缝装药的爆炸实验,借助高速纹影拍照系统和冲击波超压监测系统捕获了爆炸波的传播历程和监测爆炸压力的分布情况,分析了侧向环形切缝装药爆炸能量传递规律,以及管材对其能量传递特性的影响。结果显示:侧向环形切缝装药爆炸之后,爆轰产物和冲击波均先朝着切缝方向向外传播,非切缝方向爆轰产物和冲击波的传播相对滞后;与常规柱状装药的爆炸压力对称分布相比,侧向环形切缝管会减小非切缝方向爆炸压力和增大切缝方向爆炸压力,爆炸压力的非对称分布证明侧向环形切缝装药在切缝方向诱发产生了聚能效应;不同管材侧向环形切缝装药的聚能效果强弱顺序为不锈钢(SS)>聚氯乙烯(PVC)>纤维强化塑料(FRP)>有机玻璃(PMMA)。
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优先出版日期:2024-03-07 DOI: 10.11943/CJEM2024033
摘要:为了研究三基发射药热烧蚀特性及变化规律,制备了组分含量不同的多种三基发射药,采用半密闭爆发器模拟烧蚀试验方法测定发射药样品的烧蚀性,分析了发射药高能组分含量、增塑剂含量对发射药爆温的影响规律,以及发射药爆温对烧蚀特性的影响规律。结果表明,环三亚甲基三硝胺(RDX)、硝基胍(NQ)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)含量改变会引起发射药爆温的变化,进而影响烧蚀性能;RDX含量增加1%,爆温增加0.59%,发射药烧蚀率增加1.23%;与未加入RDX相比,加入2%RDX的发射一烧蚀率增加23.38%;NQ含量增加1%,爆温降低0.23%,发射药烧蚀率降低0.56%;DOP含量增加1%,爆温降低2.99%,发射药烧蚀率降低7.01%;针对爆温在2600-3100 K的范围内的三基发射药,建立了质量烧蚀率与爆温的指数关系式,并分别给出了RDX、NQ、DOP体系的特征系数,为0.106、0.101、0.163。
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优先出版日期:2024-02-29 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3 和4 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。 -
优先出版日期:2024-02-26 DOI: 10.11943/CJEM2023236
摘要:为了揭示硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂基体内高分子链结构演化与超弹性力学行为间的构效关系,采用多尺度方法,对复杂变形状态下NEPE推进剂基体内的高分子链演化过程及其表征模型进行了研究。首先,在基体黏合剂、固化剂和增塑剂等组分微观模型的基础上,通过对基体体系的分子动力学模拟,发展了描述复杂变形状态下交联链和自由链构形演化的动力学模型。随后,基于统计力学理论对系统自由能中交联链和自由链演化的贡献进行了定量表征,并建立了考虑高分子链交联、缠结效应的超弹本构模型。最后,结合NEPE推进剂基体胶片准静态拉伸实验数据对本构模型进行了验证。结果表明,相较于经典Arruda-Boyce超弹本构模型,基于物理机制的本构模型中本构参数具有真实的物理意义,可以通过物化实验进行参数标定,能较好地预测复杂变形状态下的基体超弹性行为,从而为推进剂基体力学性能的调控和组分优化提供模型支持。
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薛会会, 黄娟, 张阿磊, 陈可泉, 周杰, 丁亚军, 肖忠良
优先出版日期:2024-02-03 DOI: 10.11943/CJEM2023203
摘要:为发展绿色无毒、操作简单且结果准确的NC含氮量测量方法,基于硝化纤维素(NC)在碱液中水解后产生的亚硝酸根(NO2-)与硝酸根(NO3-)的摩尔比与NC含氮量之间的线性关系,采用紫外分光光度计法分析了NC含氮量。在相同的反应条件下水解5种已知含氮量的NC标品,通过紫外分光光度计测定了水解液中的NO2-和NO3-含量,对测量体系的反应条件进行了优化;通过最小二乘法确定NO2-和NO3-的摩尔比(y)与NC标品含氮量(x)之间的线性关系;最后用3种验证用NC样品对此法进行验证。结果表明,通过紫外分光光度计可同时测定碱解液中NO2-和NO3-的含量,其最佳反应条件为:氨基磺酸浓度为20 g·L-1,反应时间为30 min;在最佳反应条件下得到了R2为0.9893的y与x间的线性关系式;验证结果表明,采用紫外分光光度计法得到的含氮量与实际含氮量非常吻合,相对标准偏差RSD(n=4)均小于0.150%。
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杨雅麟, 秦逸枫, 夏江璐, 杜慧英, 李馨宇, 伍波, 马丛明
优先出版日期:2024-01-30 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、X-射线单晶衍射分析对其结构进行表征,利用差示扫描量热仪-热重联用和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,三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3 (IS=25 J,FS=240 N)展现出低的机械感度。 -
优先出版日期:2024-01-25 DOI: 10.11943/CJEM2023200
摘要:多晶型六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)在推进剂体系中因与添加剂接触或环境条件(温度或压力)改变,晶型易发生转变形成混合晶型,导致推进剂结构损伤,性能降低。为阻止溶剂与CL-20的接触,抑制CL-20晶型转变,研究将基于己二胺(HMDA)与邻苯二酚(CCh)氧化自聚合反应生成聚酚胺(PCHA)薄膜,采用水悬浮法在温和的条件下对CL-20炸药晶体进行表面修饰,通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、拉曼光谱仪(RAMAN)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)等对表面改性颗粒的形貌结构、包覆物含量、热稳定性及其在乙二醇溶液中的稳定性进行研究。结果表明,HMDA与CCh在温和条件下可对CL-20晶体表面进行修饰,并形成一层致密的PCHA包覆层;溶解称重法和高效液相色谱法(HPLC)测得PCHA包覆物含量约为1%;PCHA包覆将晶型转变温度和热分解温度分别提升了16 ℃和7 ℃,通过Kissinger法计算不同升温速率下的热分解活化能Ea发现CL-20@PCHA的活化能较CL-20提高了约8 kJ·mol-1,热稳定性得到较大提升;XRD测试结果表明PCHA薄膜可以有效阻隔溶剂与CL-20的接触,减缓CL-20在溶剂中的溶解速率,可有效抑制CL-20的晶型转变。
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优先出版日期:2024-01-17 DOI: 10.11943/CJEM2023219
摘要:为研究螺杆泵送和中深孔装药时伴随的高压作用对现场混装乳化炸药基质微观结构和热稳定性的影响,采用光学显微镜、激光粒度仪、水溶性实验、热重与微商热重联用技术、Kissinger法和Ozawa法、Coats-Redfern法和?atava法,对常压、高压环境下基质的微观结构、粒径分布、析晶含量、热分解过程、热分解反应活化能、热分解机理函数和速率方程进行了研究。结果表明,从常压到高压,基质内相液滴出现聚合、破乳、析晶现象,粒径由3.717 μm增大为4.474 μm,硝酸铵晶体的析出量由0.0530 g增大为0.0640 g,乳液体系均一性减弱;基质的平均热分解起始温度Tonset由157.4 ℃升高为184.0 ℃,平均一阶微商热重峰温Tp由262.6 ℃升高为281.8 ℃,平均质量损失平均速率由0.1454 %·s-1升高为0.1476 %·s-1,反应活化能由108.49 kJ·mol-1降低为84.74 kJ·mol-1,高压下蒸发破乳释放的游离水可能造成了Tonset与Tp上升,热分解反应更容易发生;Ozawa法计算的活化能随着转化率增大的变化趋势不同,热分解反应的机理函数从Valensi方程变为反Jander方程,其速率方程也发生了变化。高压作用促进了基质内相液滴聚合、破乳、析晶过程,降低了热分解反应发生的活化能,减弱了体系均一性、热稳定性。
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优先出版日期:2024-01-05 DOI: 10.11943/CJEM2023206
摘要:为了深入认识液体工质电热化学炮中等离子射流的点火过程,开展了等离子射流在液体发射药LP1846模拟工质中扩展特性的研究,建立了等离子射流在液体中扩展的二维轴对称非稳态数学模型,并与基于液体工质为水的文献实验进行模型验证。在此基础上对等离子射流在LP1846液体发射药模拟工质中的扩展过程进行数值模拟,分析等离子射流在扩展过程中形态的变化以及射流场压力、速度和温度的分布特性。结果表明,扩展过程中由于Taylor-Helmholtz不稳定性,等离子射流和液体发射药模拟工质两相间存在湍流掺混现象,并随着扩展逐渐加剧,表现为射流头部凸出并逐渐轴向拉长形成尖头,同时射流卷吸液体发射药模拟工质在Taylor空腔中产生液滴,且数量逐渐增多。此外,等离子射流扩展过程中近喷孔处由于液体发射药模拟工质回流而出现颈缩现象。射流场由于膨胀波-压缩波交替作用而存在波动现象,且在近喷孔处尤为剧烈,表现为压力场呈现高低压相间分布,速度场也呈类似分布。
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优先出版日期:2023-12-31 DOI: 10.11943/CJEM2023169
摘要:以5,5"-{[3,3"-双(1,2,4-噁二唑)]-5,5"-基}-双(1-羟基四唑)为配体,通过溶剂热法制备了一种新型含能铁簇化合物 [Fe2Ⅲ(μ2-CH3O)(μ3-OH)(μ2-O)(BODTO2-)(H2O)]4(
1 ),并对其进行了单晶X-射线衍射、差示扫描量热和热重分析等表征,分析了其结构和热稳定性,同时通过差热分析仪研究了化合物1 对高氯酸铵(AP)热分解的催化性能。测试结果表明,化合物1 为立方晶系I-43d空间群,密度为1.506 g·cm-3;晶体结构中Fe3+与Fe3+通过氧原子桥联,形成笼状结构;热分解峰值温度为513.9 K、617.6 K和669.4 K;爆速为6.94 km·s-1,爆压为19.09 GPa;撞击感度为15 J,摩擦感度为360 N。当添加质量分数为10%的化合物1 时,AP的高温分解温度降低65 K,活化能降低82.2 kJ·mol-1,证实该铁簇化合物对AP的热分解具有较好的催化活性,具有应用于含能燃烧催化剂的潜质。 -
杜慧英, 屈智慧, 夏江璐, 杨雅麟, 李馨宇, 秦逸枫, 伍波, 马丛明
优先出版日期:2023-12-26 DOI: 10.11943/CJEM2023201
摘要:以2,2-二硝基-1,3-丙二醇为原料,分别与叔丁胺和乙二胺反应后再经硝化,合成了2种爆轰性能优异、热稳定性良好的氮杂脂肪环含能化合物:1,3,5,5-四硝基六氢嘧啶(DNNC)与1,4,6,6-四硝基-1,4-二氮杂环庚烷(TNDA)。利用核磁波谱、红外光谱、X射线单晶衍射等手段对目标化合物进行了结构表征;利用差示扫描量热-热重联用研究了其热分解行为;采用BAM测试方法测试了DNNC与TNDA的撞击感度和摩擦感度;基于等键方程与EXPLO5预测了其生成焓与爆轰参数。结果表明,DNNC单晶中环己烷骨架与TNDA单晶中环庚烷骨架均为椅式构象,两种化合物都存在广泛的分子间、分子内非经典氢键;DNNC的相变温度为155.0 ℃,热分解温度为215.3 ℃,TNDA的相变温度为154.5 ℃,热分解温度为205.9 ℃;DNNC的撞击感度为25 J、摩擦感度为144 N,TNDA的撞击感度为17.5 J、摩擦感度为240 N,均比黑索今(RDX)与奥克托今(HMX)钝感;两种化合物的理论爆速分别为8772 m·s-1、7828 m·s-1,理论爆压分别为34.8 GPa、25.0 GPa。
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吕亮亮, 张伟斌, 李公平, 潘小东, 张才鑫, 杨亚飞, 张催
优先出版日期:2023-12-12 DOI: 10.11943/CJEM2023212
摘要:高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosive, PBX)内部裂纹对其性能及可靠性具有明显影响,裂纹的精确识别是PBX内部质量检测的关键。针对PBX内部裂纹识别,基于U-Net和SegNet两种像素级图像识别网络,建立了5种深度学习网络,对比研究了网络连接方式和预训练模型对裂纹识别的影响。基于CT获取的PBX裂纹图建立了数据集,对5种网络进行了训练,采用准确率(A)、F1值(F1)和平均交并比(MIoU)指标对网络进行了评估,在此基础上选择细节识别性能最优的网络用于PBX裂纹的识别和量化分析。结果表明,针对裂纹像素级识别,U-Net型网络优于SegNet型网络,网络中Concatenate操作比Pooling Indices操作保留更多图像细节信息,采用预训练模型MobileNet和ResNet可以提高网络训练速度,但导致其裂纹像素级识别性能降低。利用建立的识别方法开展PBX裂纹识别研究,实现了对PBX裂纹的像素级识别,裂纹检出率0.9570,单像素识别准确率为0.9936,MIoU为0.9873,相对裂纹面积为0.7585。
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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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闫晓虹, 徐传豪, 李千兵, 牛康, 高磊, 安崇伟, 王晶禹
优先出版日期:2024-03-25 DOI: 10.11943/CJEM2024040
摘要:为探究乳液型炸药油墨与喷墨打印工艺结合的可行性,设计了以氟碳树脂(FEVE)的乙酸乙酯溶液为油相,聚乙烯醇(PVA)水溶液为水相的水包油(O/W)型双组分黏结剂体系,并选用微纳米HMX为主体炸药,制备O/W悬浮型炸药油墨进行了喷墨打印。采用电子密度测试仪、激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、同步热分析TG-DSC、撞击和摩擦感度测试仪对喷墨打印成型样品的密度、形貌、力学性能、热安全性能、撞击感度和摩擦感度进行了表征,对喷墨打印成型样品的爆速和临界尺寸进行了测试。结果表明:喷墨打印成型样品表面较平整,线平均粗糙度为7.346 μm,且内部颗粒分布紧实,内部的HMX未转晶,热稳定性及力学性能较好。样品的实测密度为1.5326 g·cm-1(83%TMD);样品的撞击能为7 J,摩擦荷重为144 N,截面尺寸1 mm×1mm打印样品的爆速为7076 m·s-1和临界尺寸为1 mm×0.087 mm,具有优异的安全性能和微尺度爆轰性能。
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2024,32(4):345-352, DOI: 10.11943/CJEM2023157
摘要:炸药造型颗粒作为高聚物粘结炸药(Polymer-bonded explosive, PBX)构件成型的中间体,表征其体系物理参量对掌握不同造型颗粒对PBX构件性能的影响具有重要意义。利用X射线层析成像(XCT)和图像处理技术无损表征了9种造型颗粒样品随机堆积体系(包含粒径、体积分数、孔隙率、球形度以及本征密度)的物理参量。9种造型颗粒堆积体系平均粒径最大为1.04 mm,体积分数最高可达68.7%,孔隙率最低为1.04%,平均球形度最高为0.93,密度最大为1.44 g·cm-3。结果表明,造型颗粒配方中粘结剂种类、炸药晶体成分、炸药晶体配比以及造粒工艺对颗粒堆积体系物理参量有重要影响,且颗粒堆积体系物理参量之间存在相关性。体系粒径分布越分散,颗粒平均表面积越大;体系平均粒径越大、平均球形度越低,颗粒平均孔隙率就越高;平均粒径较大的颗粒堆积体系体积分数较高,当体系平均球形度较大时颗粒堆积的体积分数与球形度无关。研究为掌握造型颗粒堆积体系的物理参量以及颗粒结构与材料性能关系提供了基础。
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2024,32(4):353-359, DOI: 10.11943/CJEM2023198
摘要:高聚物粘结炸药(PBX)的内部裂纹检测对其使用安全性和结构完整性评价具有重要意义和工程应用价值。为了提高PBX内部裂纹缺陷的成像检测精度和图像质量,研究了曲面修正水浸超声全聚焦成像方法,并在此基础上进一步结合了延迟乘和波束形成(DMAS)技术,通过水浸法对Φ100.0 mm的半圆柱PBX的底部裂纹缺陷进行了超声成像检测研究,实现了对曲面构形PBX底部裂纹缺陷的高精度成像表征。实验结果表明,传统全聚焦成像算法的裂纹缺陷高度测量误差为12.0%,图像信噪比为1.37 dB;曲面修正后的裂纹缺陷高度测量误差为3.6%,图像信噪比为2.13 dB;而曲面修正结合DMAS算法成像的裂纹缺陷高度测量误差仅为0.4%,图像信噪比为5.32 dB。
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2024,32(4):360-368, DOI: 10.11943/CJEM2023078
摘要:采用粒子图像测速技术(PIV)对不等径开放式撞击流中质量分数60%的甘油-水溶液雾化性能进行了研究,探讨韦伯数We(51≤We≤1605)、入射速度u(2.12 m·s-1≤u≤6.37 m·s-1)、喷嘴直径(喷嘴1:左侧喷嘴直径(D1)=1.5 mm,右侧喷嘴直径(D2)=2 mm;喷嘴2:D1=2 mm,D2=3 mm)对液膜破碎特征及液滴行为的影响,并对复合含能材料粘结剂溶剂二乙二醇与水混合过程的液滴分布进行了研究。结果表明:随着We增大,液膜破碎长度先增大,当液膜破碎模式到达无边缘模式后减小,且液膜厚度与液滴直径逐步减小,液滴速度逐步增大;随喷嘴直径增大,液膜破碎模式变化不显著,液膜破碎长度、厚度、液滴直径均增大,液滴速度则逐步减小。同时,拟合得到液膜破碎长度、液膜厚度、液滴索特平均直径D[3,2]与喷嘴直径、韦伯数间的经验关联式,采用二乙二醇与水体系验证后发现,随入射速度增大,二乙二醇与水撞击混合后液滴直径减小,分布变窄,D[3,2]数值在经验关联式±15%误差范围内与理论预测结果一致。
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夏文韬, 杜芳, 李毅恒, 林励云, 屈炜宸, 秦瑞, 陶博文, 顾健
2024,32(4):369-376, DOI: 10.11943/CJEM2023230
摘要:为了研究Al粉在氮氧化物中的燃烧特性,采用量子化学密度泛函理论ωB97X方法,研究了Al与3种氮氧化物(NO2、NO和N2O)的反应机理。首先,使用ωB97X-D3方法在def2-SVP基组水平上优化了各反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,通过频率分析证实中间体和过渡态的真实性,并通过内禀反应坐标(IRC)计算以进一步确定过渡态,得到了详细反应路径和机理。同时,使用双杂化泛函PWPB95结合DFT-D3校正和def2-TZVPP基组获得了各结构的单点能,并使用变分插值过渡态理论计算了相关反应的反应速率常数,得出每个反应的阿伦尼乌斯表达式。结果表明,Al与NO和NO2的反应过程为Al与O氧原子连接形成复合物中间体后通过三元环状过渡态破坏N-O键生成产物;Al与N2O的反应时则为Al与N原子形成复合物后通过四元环状过渡态发生消除反应生成产物。通过分析各反应动力学参数得到Al与NO2、NO和N2O反应活化能分别为:4.3,249 kJ·mol-1和13.4 kJ·mol-1。在2400~4100 K,由于Al与NO2和N2O的反应能垒较低,反应速率均大于106 m3·mol-1·s-1,说明该反应容易发生且速率极快,Al与NO的反应能垒极高,因此其逆反应速率远大于正反应速率,且各反应反应速率受温度的影响程度为:NO>N2O>NO2。
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2024,32(4):377-386, DOI: 10.11943/CJEM2023110
摘要:为了研究直写成型技术(DIW)中挤出系统的喷头流道结构参数(锥角角度、出口直径、成型段长度)对含能材料挤出过程的流体流动影响,研究建立了基于Polyfow Extrusion模块的高黏度含能材料挤出模型,并采用直写成型3D打印工况的挤出实验对其进行了验证。研究通过所建立的模型分析了锥角角度范围90°~130°,出口直径0.75~2 mm以及成型段长度5~20 mm对高黏度含能材料挤出过程的影响。结果表明:采用Polyflow Extrusion模块可以较准确地模拟复合含能材料的流动行为,同时发现锥角为100°、喷头出口直径为1.5~1.75 mm时挤出成型过程相对稳定、挤出膨胀较小,且成型段的增长会在增大所需入口压强的同时减小出口膨胀效应。
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2024,32(4):387-396, DOI: 10.11943/CJEM2023133
摘要:为研究高应变率下铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂行为,获取准确的动态本构参数。采用20 mm一级轻气炮平板撞击实验研究了铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂特性,对回收试样进行扫描电镜分析,从微观角度获得了铸态TiZrNbV高熵合金在不同应变率下的层裂特性,并基于层裂实验自由面速度历史曲线标定得到了铸态TiZrNbV高熵合金的GTN-JC本构模型参数。结果表明,TiZrNbV难熔高熵合金的层裂强度随着加载应变率和平台应力的增加而增加,其值为0.93~2.23 GPa;回收试样的几何必要位错密度随着加载速度的提高显著增加。所得参数在模拟铸态TiZrNbV高熵合金层裂行为方面表现良好,模拟结果中自由面速度曲线在第一次拉伸阶段前均较为吻合,可以满足对试样层裂破坏的动态分析,能为铸态TiZrNbV高熵合金的工程应用提供参考。
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2024,32(4):397-407, DOI: 10.11943/CJEM2023209
摘要:为研究高聚物粘结炸药(PBX)的准静态压缩行为,对两种典型配方(含铝粉与否)的浇注PBX替代材料在不同应变率下进行单轴准静态压缩试验,并对其力学性能进行了对比分析。同时基于朱-王-唐(ZWT)模型提出一种新模型来描述材料的准静态压缩行为,通过遗传算法获取本构模型参数,并使用Fortran语言在Abaqus有限元软件的用户材料子程序(UMAT)接口中进行本构模型的建立。结果表明:浇注PBX替代材料的准静态压缩过程可分为弹性压缩、应力衰减以及失稳破坏3个阶段;准静态压缩力学行为与应变率有明显的相关性,随着应变率的提高,材料的有效压缩应变基本不变,而压缩模量、屈服强度和压缩强度的对数与应变率对数近似呈现出线性关系;铝粉的加入使浇注PBX替代材料压缩模量、屈服强度和压缩强度均有所提升。新构建的本构模型能较好描述浇注PBX替代材料的准静态压缩行为,使用有限元软件对本构模型普适性进行验证,得到仿真计算结果与试验结果间可决系数R2均大于0.98,吻合程度较高。
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2024,32(4):408-421, DOI: 10.11943/CJEM2023226
摘要:含能分子研发面临多重挑战,传统“试错法”效率低下,计算机辅助分子设计的出现改变了研发模式。本综述回顾了含能分子设计的发展历程,介绍了计算机辅助含能分子设计的研究现状,并概述了人工智能技术(AI)在性质预测、分子生成、合成路线和反应条件预测等多个设计环节的最新进展,讨论了当前含能分子设计模式与其他材料设计方法的差距,思考差距产生的原因,并对未来AI辅助含能分子设计的发展方向提出展望。研究发现,AI在含能分子性能预测和分子生成等方面已经有了应用,但在合成路径规划和反应条件优化等环节的应用仍有待进一步探索,应用前景巨大。通过数据增强、迁移学习或高通量计算有望能够解决含能分子数据薄弱的问题;加强AI辅助含能分子合成路线与反应条件探索有望贯通“设计→评估→制备→验证”全流程自动化分子设计模式。AI辅助含能分子设计为提升含能分子设计水平提供新的可能性,有助提升含能分子研发效率。
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2024,32(4):422-434, DOI: 10.11943/CJEM2023177
摘要:为了充分利用碳纳米材料的性能优势,本文总结了碳纳米材料对含能材料降感的研究进展。分析了典型碳纳米材料,如石墨、碳纳米管、石墨烯及其衍生物和富勒烯及其衍生物对降低含能材料撞击感度、冲击波感度和摩擦感度的作用,并探讨了不同碳纳米材料的降感机制。最后对碳纳米材料在该领域的发展前景进行了展望,认为优化碳纳米材料与含能材料的复合材料制备工艺、深入理解碳纳米材料性质并进行功能化修饰、调控碳纳米材料与含能材料的界面相互作用以及进一步探究碳纳米材料的降感机制将是今后研究的重点工作。
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王哲君, 强洪夫, 王稼祥, 裴书帝, 李世奇, 耿挺京, 韩永恒
2024,32(4):435-464, DOI: 10.11943/CJEM2024014
摘要:从微观、细观、宏观尺度和跨尺度4个方面,对复合固体推进剂损伤行为的研究进展进行了梳理,重点综述了不同尺度下损伤的观测和表征方法、损伤阈值的确定方法、损伤演化模型的构建方法、损伤数值模拟方法及宏细观跨尺度分析方法,并在此基础上针对当前研究中存在的若干不足,展望了需进一步重点开展研究的方向:拓宽微观尺度上开展复合固体推进剂损伤行为数值模拟时考虑的影响因素的范围,并从多个方面加强与试验研究结论的验证;提高细观尺度上损伤观测试验的能力、损伤演化模型的表征水平和损伤数值模拟的计算精度;提高宏观尺度上损伤识别测试试验的检测精度、损伤阈值确定方法的精确性和损伤演化模型的预测能力;在形成微细宏观单一尺度上复合固体推进剂损伤行为研究的标准规范的基础上,进一步建立推进剂损伤行为跨尺度研究的理论方法体系。
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2024年第32卷第4期
>分析与检测
>计算与模拟
>安全性能与评价
>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
2024,32(3):232-234, DOI: 10.11943/CJEM2024068
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2024,32(2):3-8, DOI: 10.11943/CJEM2023272
摘要:
2023,31(9):859-861, DOI: 10.11943/CJEM2023188
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2023,31(6):527-530, DOI: 10.11943/CJEM2023098
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2019,27(12):981-983, DOI: 10.11943/CJEM2019181
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2019,27(11):894-896, DOI: 10.11943/CJEM2019157
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2019,27(9):717-719, DOI: 10.11943/CJEM2019098
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2019,27(6):445-447, DOI: 10.11943/CJEM2019065
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2019,27(4):270-273, DOI: 10.11943/CJEM2018343
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2019,27(4):266-269, DOI: 10.11943/CJEM2018367
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2020,28(5):366-368, DOI: 10.11943/CJEM2020067
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2020,28(7):588-590, DOI: 10.11943/CJEM2019306
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2021,29(11):1021-1024, DOI: 10.11943/CJEM2021256
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2021,29(10):885-887, DOI: 10.11943/CJEM2021227
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2021,29(8):689-693, DOI: 10.11943/CJEM2021156
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2021,29(7):581-583, DOI: 10.11943/CJEM2021020
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2021,29(4):269-271, DOI: 10.11943/CJEM2021096
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2021,29(1):2-6, DOI: 10.11943/CJEM2020164
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2022,30(9):874-876, DOI: 10.11943/CJEM2022204
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2022,30(4):291-293, DOI: 10.11943/CJEM2022063
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2022,30(5):415-416, DOI: 10.11943/CJEM2022070
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2024,32(4):422-434, DOI: 10.11943/CJEM2023177
摘要:为了充分利用碳纳米材料的性能优势,本文总结了碳纳米材料对含能材料降感的研究进展。分析了典型碳纳米材料,如石墨、碳纳米管、石墨烯及其衍生物和富勒烯及其衍生物对降低含能材料撞击感度、冲击波感度和摩擦感度的作用,并探讨了不同碳纳米材料的降感机制。最后对碳纳米材料在该领域的发展前景进行了展望,认为优化碳纳米材料与含能材料的复合材料制备工艺、深入理解碳纳米材料性质并进行功能化修饰、调控碳纳米材料与含能材料的界面相互作用以及进一步探究碳纳米材料的降感机制将是今后研究的重点工作。
王哲君, 强洪夫, 王稼祥, 裴书帝, 李世奇, 耿挺京, 韩永恒
2024,32(4):435-464, DOI: 10.11943/CJEM2024014
摘要:从微观、细观、宏观尺度和跨尺度4个方面,对复合固体推进剂损伤行为的研究进展进行了梳理,重点综述了不同尺度下损伤的观测和表征方法、损伤阈值的确定方法、损伤演化模型的构建方法、损伤数值模拟方法及宏细观跨尺度分析方法,并在此基础上针对当前研究中存在的若干不足,展望了需进一步重点开展研究的方向:拓宽微观尺度上开展复合固体推进剂损伤行为数值模拟时考虑的影响因素的范围,并从多个方面加强与试验研究结论的验证;提高细观尺度上损伤观测试验的能力、损伤演化模型的表征水平和损伤数值模拟的计算精度;提高宏观尺度上损伤识别测试试验的检测精度、损伤阈值确定方法的精确性和损伤演化模型的预测能力;在形成微细宏观单一尺度上复合固体推进剂损伤行为研究的标准规范的基础上,进一步建立推进剂损伤行为跨尺度研究的理论方法体系。
2024,32(4):408-421, DOI: 10.11943/CJEM2023226
摘要:含能分子研发面临多重挑战,传统“试错法”效率低下,计算机辅助分子设计的出现改变了研发模式。本综述回顾了含能分子设计的发展历程,介绍了计算机辅助含能分子设计的研究现状,并概述了人工智能技术(AI)在性质预测、分子生成、合成路线和反应条件预测等多个设计环节的最新进展,讨论了当前含能分子设计模式与其他材料设计方法的差距,思考差距产生的原因,并对未来AI辅助含能分子设计的发展方向提出展望。研究发现,AI在含能分子性能预测和分子生成等方面已经有了应用,但在合成路径规划和反应条件优化等环节的应用仍有待进一步探索,应用前景巨大。通过数据增强、迁移学习或高通量计算有望能够解决含能分子数据薄弱的问题;加强AI辅助含能分子合成路线与反应条件探索有望贯通“设计→评估→制备→验证”全流程自动化分子设计模式。AI辅助含能分子设计为提升含能分子设计水平提供新的可能性,有助提升含能分子研发效率。
2024,32(3):325-344, DOI: 10.11943/CJEM2023267
摘要:目前传统的间歇制备过程由于受制于宏观尺度难以对工艺参数、产物结构及性能实现精准调控,导致产物的均一性差,制备过程存在显著的安全隐患。因此,如何实现含能材料的安全、可控和高效的制备已成为目前研究的热点。微反应器以其微型化、集成化、高度安全性和出色的传质传热效率等诸多优势,高度契合含能材料制备过程的需求。因此,微反应器技术逐渐引起了研究者的广泛关注,在含能材料制备中崭露头角。本文介绍了微反应器在危险化工合成过程及含能材料制备中应用的国内外研究进展,特别关注了其在单质含能材料和复合含能材料制备中的潜在应用,对未来的研究方向进行了展望,强调了未来微反应器技术领域的发展需求包括规模化生产、三废处理及智能化平台建设等。
2024,32(3):312-324, DOI: 10.11943/CJEM2024017
摘要:含能材料广泛应用于兵器工业、航空航天及民用建设等领域。其合成过程复杂、危险性高,传统釜式反应工艺难以满足产品质量和过程安全控制的要求。微反应技术具有热质传递速率高和安全性好等优点,在含能材料领域具有广阔的发展前景。为此,本文从微反应技术基本原理、含能化合物合成、含能颗粒材料制备和超声微反应器四方面展开综述,基于化学工程视角,阐释微化工技术在含能材料领域的应用特点。同时,总结并展望了技术领域的研究难点与未来发展方向,包括反应动力学/热力学、高黏/含固流体混合强化、反应放大与智能系统、三废处理及如何与人工智能等新兴学科结合等问题。
2024,32(2):211-229, DOI: 10.11943/CJEM2023252
摘要:固体火箭发动机的健康状况在很大程度上取决于装药的实时状态,因此对装药状态进行监测是确保固体发动机结构完整性和使用可靠性的重要基础。本文从环境状态监测、化学状态监测、力学状态监测以及监测数据综合应用4个方面综述了相关的研究进展,指出了装药状态监测的必要性,多方面总结了装药状态监测取得的研究成果与存在的不足,并针对监测技术手段及监测数据应用等方面提出了发展构想。分析认为,监测技术应聚焦在嵌入式传感器相容性技术、新理念传感技术以及长寿命技术等方面,监测数据应用方面应大力建设数据库、诊断和预测健康管理系统,以期借助有限元模型更新方法推动固体火箭发动机全寿命数字孪生技术的发展。
2024,32(1):102-115, DOI: 10.11943/CJEM2023128
摘要:综述了爆炸网络多点起爆技术和直列式多点起爆技术的发展,介绍了爆炸网络多点起爆技术的多点同步爆炸网络和多点逻辑爆炸网络的应用现状,分析了两者的优势及不足;对比了直列式多点起爆技术的国内外研究现状,讨论了多点起爆点数、起爆方位参数对多点起爆系统性能的影响,指出了多点起爆技术未来研究方向:多点起爆精确控制方法研究,多点起爆装置模块化与集成化研究,低成本多点起爆技术研究,复杂环境下多点起爆系统安全性与可靠性研究。
王小龙, 巨荣辉, 张耀远, 吴芹, 史大昕, 陈康成, 黎汉生
2023,31(11):1173-1196, 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。
2023,31(11):1158-1172, DOI: 10.11943/CJEM2022103
摘要:稠环含能化合物由2个或2个以上的共用原子和1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。
2023,31(10):1059-1067, 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。
2023,31(10):1068-1078, 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。
2023,31(10):1079-1087, DOI: 10.11943/CJEM2023165
摘要:武器弹药的安全问题十分重要,关乎装备的生存力和战斗力。弹药面对的复杂恶劣环境,对弹药安全性提出更高要求,发展安全弹药是必由之路。弹药安全性主要取决于固有安全性和安全性增强技术。不敏感炸药是提高弹药固有安全性的关键途径,装药和结构增强与防护是提高弹药安全性的重要手段。为满足弹药高毁伤威力和安全性要求,需要从炸药的分子、晶体、混合体系等多尺度结构上平衡协调炸药高能量与不敏感之间的突出矛盾;装药结构、弹体弱链结构和防护增强等安全性增强技术可有效控制弹药装药意外点火和反应烈度及其演化,进一步提高弹药在异常环境及事故条件下的安全性。为此,提出了安全弹药系统设计思路与技术方法:加强不敏感炸药多尺度材料设计与性能调控基础,补齐装药结构与防护增强及装药异外点火反应控制短板,探索发展材料—结构—功能一体化设计。
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。
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