• 类胡萝卜素对硝化棉/吸收药的安定作用

  李亮, 赵杨, 金波

  优先出版日期:2025-06-13  DOI: 10.11943/CJEM2025044

  摘要(263) HTML(226) PDF( 2106)

  摘要：类胡萝卜素具有优异的自由基捕获能力和较低的生物毒性，为探究其作为推进剂安定剂的应用潜力，采用差热分析法、甲基紫试纸试验、等温热失重法、真空安定性试验和绝热加速量热法等测试方法，研究了番茄红素、β-胡萝卜素、叶黄素和虾青素4种典型类胡萝卜素对硝化棉和吸收药体系的安定作用。结果表明，4种类胡萝卜素均可显著增强硝化棉及吸收药的热稳定性，其安定效果优于传统安定剂。其中，虾青素使硝化棉的甲基紫试纸变色时间延长40 min，热失重率降低17.90%，绝热分解最高温升速率降低0.134 ℃·min^-1，单位质量释放的气体压力减少12.0 kPa；使吸收药的甲基紫试纸变色时间延长34 min，热失重率降低14.18%，表现出最优异的性能。结合自由基清除能力测试和中间体结构分析对类胡萝卜素的安定机理进行了探究。结果显示，类胡萝卜素能够高效捕获氮氧自由基，当浓度达到8 mmol?L^-1时，其清除率接近90%，有效抑制了硝化棉和吸收药的自催化分解过程；同时，其生成的二次衍生物不含亚硝胺基团，显著降低了毒性风险。

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• 第三代含能材料热性能与燃烧反应研究进展

  刘丁, 张言, 牛诗尧, 赵凤起, 李思恒, 董英楠, 曲文刚

  优先出版日期:2025-07-10  DOI: 10.11943/CJEM2025016

  摘要(318) HTML(358) PDF( 1660)

  摘要：含能材料燃烧是一个复杂的多阶段过程。通过研究热分解与燃烧反应，建立精准的燃烧反应动力学模型，可有效预测含能材料的热行为，对其合成、生产、运输、贮存及在现代武器装备中的实际应用都有重要意义。相比于传统含能材料，第三代含能材料的能量密度更高，对其热稳定性提出了更高的要求。综述了第三代含能材料，包括离子型含能材料和共价型含能材料的热性能及燃烧研究进展。分别从热分解图谱、热分解路径和机理以及燃烧性能研究三方面，阐述了典型第三代含能材料热性能与燃烧反应研究现状，指出了目前研究存在的不足，并展望了第三代含能材料热行为的研究方向，提出需构建多尺度耦合研究体系：基于新型试验设备的燃烧参数高精度测量、燃烧中间体精准诊断、以及量子化学-机器学习-流体力学跨尺度建模，实现从自由基机理到宏观火焰传播的全链条解析。

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• 多腔室连续混合工艺及结构参数对压力及剪切力影响的模拟

  樊超, 李博豪, 张彭超, 魏宗亮, 秦能, 马宁, 谢中元

  优先出版日期:2025-07-25  DOI: 10.11943/CJEM2025055

  摘要(125) HTML(162) PDF( 1430)

  摘要：为强化对多腔室混合工艺安全性的认识，以某浇注PBX为对象，建立了基于欧拉方法的多腔室捏合机内多组分物料连续混合的多相流CFD数值模型，并开展试验验证了模型的可靠性。基于模型研究了桨叶转速、捏合间隙、桨叶构型等关键工艺及结构参数对混合安全刺激量的影响规律。结果表明，从进料腔室到出料腔室，各腔室内的压力水平逐渐降低；增大桨叶转速有利于降低腔室内的压力，但剪切刺激明显增强，随着桨叶转速从15 r·min^-1增加至75 r·min^-1，捏合机内的峰值压力从402966 Pa减小至258107 Pa，峰值剪切力从6268.5 Pa增大至16607.9 Pa；增大捏合间隙明显降低了腔室内的压力及剪切力，随着捏合间隙从1 mm增加至5 mm，捏合机内的峰值压力从391094 Pa减小至284478 Pa，峰值剪切力从8320.5 Pa减小至3982.6 Pa；相较于两翼-两翼型桨叶，四翼-两翼型桨叶由于具有更多的捏合位点会产生更强的剪切刺激，但桨叶翼型对捏合压力的影响较小，腔室1~7采用四翼-两翼型桨叶及两翼-两翼型桨叶时，捏合机内的峰值剪切力分别为7481.3 Pa和4518.1 Pa。

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2025年第33卷第9期       含能材料近期趋势与发展探讨

>综述

• 大科学装置在含能材料研究中的应用

  黄辉, 田均均

  2025,33(9):961-980, DOI: 10.11943/CJEM2025138

  摘要(219) HTML(53) PDF(6.54 M)( 497)

  摘要：含能材料的多尺度结构与刺激动态响应机制研究存在非均质特性及跨时空演化带来的实验诊断难题，制约了对其安全性和能量释放特性的深入科学认识。以中子源、同步辐射光源及大型激光为代表的大科学装置，凭借深穿透性、极端加载条件与高时空分辨能力，为解决这些问题提供了关键手段。综述了国内外大科学装置在含能材料的多尺度微结构、药柱残余应力、冲击加载物性、细观结构演化、爆轰反应特性等方面的研究进展，中子散射技术通过深穿透特性与轻元素灵敏性，实现了炸药内部微纳结构及残余应力的无损定量表征；高亮度X射线相衬成像和动态X射线衍射技术，以亚微米级分辨率揭示了冲击加载下缺陷动态演化过程，并原位捕捉了爆轰波阵面结构及纳米碳产物的动力学特征；强激光加载结合超快光谱技术，获取了炸药在高压下的Hugoniot数据和起爆反应机理。未来需开发多场耦合加载诊断平台，进一步提升装置时空分辨率，贯通多装置数据融合分析，为炸药动静态安全与反应特性认识、炸药结构设计与性能提升提供技术支撑。

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• 含能材料机器学习研究的数据优化策略

  刘辰昊, 张蕾, 庞思平

  2025,33(9):981-992, DOI: 10.11943/CJEM2025098

  摘要(78) HTML(35) PDF(1.63 M)( 371)

  摘要：机器学习作为新兴的数据驱动技术，为含能材料的智能化研发提供了新的技术途径。然而，含能材料的数据稀缺与数据异构性并存的难题，已成为制约其建模精度与推广应用的核心瓶颈。围绕当前含能材料数据的获取路径与存在的问题，从“数量扩展”与“质量提升”两个维度评述了主流的数据优化策略。在数量扩展方面，介绍了简化分子线性输入规范（Simplified Molecular Input Line Entry System，SMILES）枚举、生成对抗网络（Generative Adversarial Networks，GANs）与迁移学习等技术在提升模型泛化能力中的应用进展；在质量提升方面，探讨了异常值识别、预处理规范、特征工程对增强模型鲁棒性与可解释性的作用。研究表明，合理的数据优化不仅能有效缓解数据匮乏问题，还能显著提升模型在小样本和复杂结构条件下的预测稳定性与结构外推能力。最后，提出构建高通量实验平台、统一数据标准及发展智能化闭环体系的未来方向，为推动含能材料的数据生态构建与智能研发提供了可行路径与方法参考。

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• 全氮离子及长氮链含能材料研究进展

  许泽, 陆明

  2025,33(9):993-1004, DOI: 10.11943/CJEM2025100

  摘要(96) HTML(32) PDF(1016.23 K)( 351)

  摘要：富氮含能化合物因其高生成焓和清洁的分解产物，在推进剂、炸药和气体发生剂等研究领域受到了广泛关注。然而，作为富氮含能化合物的重要分支，全氮及具有链状氮结构的长氮链含能化合物的研发进展受到了阻碍，这主要源于氮源的缺乏以及高效构建氮链骨架的合成方法稀缺。通过对全氮离子型含能化合物，以及至少含有6个氮原子相连的长氮链含能化合物在设计思路、合成手段和突破进展方面进行了综述，为设计和开发具有里程碑意义的高能量密度材料提供参考。

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• 先进混合动力火箭发动机燃料技术研究进展

  于晓冬, 高宏伟, 胡楚睿, 张伟, 沈瑞琪

  2025,33(9):1005-1014, DOI: 10.11943/CJEM2025150

  摘要(74) HTML(36) PDF(1.67 M)( 348)

  摘要：混合动力火箭发动机是一种将不同相态的燃料和氧化剂分开储存的热化学推进方式，具有结构简单、成本较低和推力可调等优点，使其在军事和商业领域拥有广泛的应用前景，但是燃料的低退移速率及与力学性能的不平衡性制约了混合火箭发动机的发展。本论文总结和介绍了典型混合火箭发动机燃料的组成、燃烧特性、规律及提升燃料燃烧性能的关键技术，分析了增材制造型燃料的制备方法和燃烧性能。展望了未来先进混合动力火箭发动机燃料的发展方向和趋势，为该类发动机性能的提升提供借鉴与参考。

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• 发射药能量释放控制方法创新与发展

  陈浩, 肖忠良, 丁亚军, 周杰, 李世影, 李纯志

  2025,33(9):1015-1028, DOI: 10.11943/CJEM2025136

  摘要(74) HTML(25) PDF(1.87 M)( 364)

  摘要：发射药的能量释放规律是决定枪炮武器性能的核心与关键因素之一，对其控制方法的研究具有重要意义。在分析发射药组分、结构和基本燃烧定律的基础上，对几何形状控制、表面钝感包覆、化学分子剪裁等能量释放规律控制方法的发展及演化进行了系统性归纳总结，剖析了近年来我国自主创新的控制方法与技术特点，展望了未来创新发展的方向。期望为我国发射药与装药应用的研究提供参考和指导。

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• 高能低感单质炸药研究进展

  冯永安, 闫锦峰, 邓沐聪

  2025,33(9):1029-1049, DOI: 10.11943/CJEM2025093

  摘要(88) HTML(73) PDF(1.10 M)( 361)

  摘要：高能低感单质炸药因其兼具高能量与高安全性能，在国民经济、军事工业以及航空航天领域展现出至关重要的作用，已成为当前含能材料研究领域的核心课题之一。近年来，围绕高能低感单质炸药分子创制，世界各国科学家开展了广泛的研究。研究系统梳理了自2001年以来报道的爆速超过8750 m·s^-1、撞击感度低于15 J且热分解温度大于200 ℃的27种单质炸药，涵盖单环、多环及稠环三大类化合物。详细阐述了各类单质炸药的合成路径、结构特征及其性能表现，并深入分析了高能低感单质炸药创制过程中面临的挑战和瓶颈问题。此外，基于现有研究进展，对未来发展趋势进行了展望：提出应基于实际需求，强化分子设计能力，重点关注分子缺陷修复、合成工艺可行性、成本控制以及新兴技术在该领域的应用。

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• 偕二硝基酯类含能增塑剂研究进展

  宁二龙, 李坤, 苗成才, 刘长波

  2025,33(9):1050-1066, DOI: 10.11943/CJEM2025139

  摘要(74) HTML(46) PDF(2.54 M)( 364)

  摘要：含柔性序列的羧酸酯小分子普遍具有钝感、低玻璃化转变温度（T_g）、制备工艺简单且本质安全性高、与固体推进剂组分兼容性好等特点，已成为研制低易损、低温强适应性配方首选增塑剂。然而含能基团的缺失导致此类增塑剂能量密度较低，不利于配方高能化发展。在酯类有机分子结构中引入能量较高、对热和机械刺激钝感的偕二硝基（─C─（NO₂）₂）含能基团，通过精准调控─C─（NO₂）₂的数量与结构分布、柔性烷基序列构型及其链段长度，协同发挥不同功能性基团的独特优势，是获得准理想含能增塑剂的关键。本研究从硝基酯类含能增塑剂的分子结构出发，详细研究了结构对其性能和应用价值的导向作用，总结了此类增塑剂构效关系的本质规律，提出了基于机器学习强化的分子结构设计与理论计算、高通量模式的材料制备技术及发动机配方应用验证相结合的研究模式作为未来含能增塑剂的重点研发策略。

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• 国外双螺杆挤出技术在含能材料领域的研究进展

  张晓志, 张京, 袁熙

  2025,33(9):1067-1083, DOI: 10.11943/CJEM2025168

  摘要(86) HTML(46) PDF(3.50 M)( 389)

  摘要：双螺杆挤出技术因其卓越的混合能力、加工灵活性及安全性，成为含能材料连续加工领域的重要驱动力。研究综述了国外双螺杆挤出技术在含能材料领域，尤其是在推进剂、发射药及混合炸药连续制造中的关键应用进展，详细讨论了双螺杆挤出设备的类型、工艺流程及其模块化设计带来的工艺适应性和安全提升，总结了美、法、荷等国在推进剂和发射药连续化生产等方面的国际合作与产业化成果。最后，分析了当前该技术在精细均匀加工、安全监测和理论建模等方面面临的主要挑战，展望了其高端装备智能制造及绿色环保工艺的发展趋势，为双螺杆挤出技术高效、安全制造和创新含能材料加工提供理论基础和工程实践路径。

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>制备与性能

• 电化学原位合成Cu₃Cl（N₄C-NO₂）₂含能金属配合物

  杨俊义, 鲍明昊, 张淇祯, 皮博中, 徐建勇, 欧阳的华, 程鹤, 俞春培, 张文超

  2025,33(9):1084-1093, DOI: 10.11943/CJEM2025190

  摘要(105) HTML(109) PDF(2.31 M)( 362)

  摘要：针对微机电系统（Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS）火工品对高性能含能材料及其原位集成方法的迫切需求，提出了安全、可控的电化学合成策略在铜基底表面原位合成Cu₃Cl（N₄C-NO₂）₂含能金属配合物，系统探究了氯离子浓度对产物纯度、晶体结构及微观形貌的影响规律，并完成了含能金属配合物物相形貌、含能特性与感度的综合表征。结果表明：氯离子浓度显著影响含能金属配合物的物相组成，当Cl^-浓度为0.6 mol·L^-1时，可获得高纯度、高结晶度的Cu₃Cl（N₄C-NO₂）₂-0.6含能配合物晶体；DSC分析显示其热分解峰值为301.7 ℃，放热量为1877.8 J·g^-1，表观活化能约为157~159 kJ·mol^-1，表现出优异的热稳定性和能量输出特性，激光点火实验显示其具有良好的起爆性能；静电感度测试表明电化学方法原位集成的含能配合物晶体薄膜具备优异的静电安全性。

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• CL-20/PVDF/nAl基复合含能微球的燃烧性能调控

  胡平, 王重阳, 郝嘎子, 肖磊, 王苏炜, 姜炜

  2025,33(9):1094-1102, DOI: 10.11943/CJEM2025153

  摘要(65) HTML(79) PDF(3.00 M)( 367)

  摘要：微纳米复合含能材料因其优异性能而备受关注，在炸药和推进剂研究领域具有广阔的应用前景。静电喷雾法作为新兴的复合材料制备技术，对含能材料的组装与能量释放调控具有重要影响。针对微米铝粉燃烧不充分、释能效率低以及点火延迟长等问题，采用静电喷雾法成功制备出各组分均匀混合的六硝基六氮杂异伍兹烷/聚偏二氟乙烯/纳米铝（CL-20/PVDF/nAl）基复合含能微球，并借助三氧化二铁（Fe₂O₃）和还原氧化石墨烯（rGO）对其协同改性。结果表明，静电喷雾法制备的样品形貌规则、尺寸均匀、球形度高，粒径约为1~7 μm。相较于物理混合样品，微球展现出更优异的热性能与燃烧性能。此外，氧化剂Fe₂O₃以及催化剂rGO的添加可以显著改善微球的释能效率和燃烧性能，并在其含量分别达到20%和4%时获得最短燃烧时间7 ms、最小点火延迟时间0.13 s、最大平衡压力2.17 MPa以及最大升压速率1.63×10⁴ kPa·ms^-1。

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• 湿热耦合作用下ε-HNIW的多路径相变行为与诱导机制

  徐金江, 池钰, 李诗纯, 黄石亮, 刘渝

  2025,33(9):1103-1112, DOI: 10.11943/CJEM2025151

  摘要(59) HTML(26) PDF(2.69 M)( 359)

  摘要：为研究湿热耦合环境对HNIW晶体结构稳定性影响及作用机制，采用加速老化、原位X射线衍射及分子动力学模拟等方法，研究了80~100 ℃、70% RH~100% RH湿热条件下HNIW的相变行为及其内在诱因。结果发现湿热环境下HNIW晶变温度与热刺激相比大幅降低，从135 ℃降低到80 ℃，HNIW的颗粒尺寸效应导致其出现ε→γ和ε→α的多路径相变行为，表明晶体特性的差异是导致HNIW出现多路径相变的关键因素，其中超细炸药的ε→γ相变速率最快；在低于70%RH湿热条件下HNIW的相变并不明显，但其微结构损伤将导致晶相结构稳定性变差且热晶变温度降低。结合理论计算得出，通常湿热环境会诱导HNIW发生液-固界面反应，水分子通过表面微溶诱导成核生长机理促使炸药发生晶型转变，从而嵌入到HNIW晶体内部形成α晶型，但这种嵌入方式具有选择性，对超细颗粒将直接转变为高温稳定的γ晶型。

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>计算与模拟

• HMX基散粒体模压成型的力学行为

  吴晓阳，陶 俊，王晓峰，任海超，王一平

  2025,33(9):1113-1122, DOI: 10.11943/CJEM2025113

  摘要(40) HTML(17) PDF(2.21 M)( 324)

  摘要：基于仿真模拟和试验相结合的方式对HMX基散粒体在模压成型过程中的力学行为进行研究，构建常规药柱模型和射流装药模型获得了药柱成型和晶体损伤规律，并对成型压力和密度进行实验验证。研究结果表明：模具尺寸增大导致应力传递效率降低，药柱密度梯度显著增强，直径25 mm药柱的晶体损伤率（13.94%）较10 mm药柱（4.55%）提升近3倍；射流装药双向压制中，上下压头载荷-位移曲线对称性验证了应力均衡传递机制，侧壁压力模拟误差（43.24 MPa）揭示了颗粒球形简化对摩擦效应表征的局限性；通过实验验证，常规药柱密度仿真误差低于5%，射流装药轴向压力预测精度达94.3%，证实模型可靠性。

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• 含能化合物热解反应机理综合分析平台构建研究

  饶硕雯, 任春醒, 郑默, 徐立环, 牛诗尧, 曲文刚, 高红旭, 李晓霞

  2025,33(9):1123-1134, DOI: 10.11943/CJEM2025081

  摘要(60) HTML(8) PDF(3.04 M)( 335)

  摘要：面向利用ReaxFF MD模拟研究含能化合物热解燃烧机理共性规律的需求，构建了含能化合物热解反应机理数据综合分析平台ReaxMDDB-EMs。提出和建立了预处理与批量导入相结合的自动导入策略，测试结果表明含有百万物种和百万反应数据的导入耗时减少为26.8 h、性能提升了约18倍，为解决海量反应数据导入耗时过长问题提供了一种有效方案。研发的多层次的反应机理分析方法可多角度对汇集的海量反应数据进行统一检索、统计分析和结果的可视化。利用ReaxMDDB-EMs对4种硝胺含能化合物热解特性的研究应用表明：建立的ReaxMDDB-EMs可在汇集了多种含能材料热解反应空间内综合分析获得其反应机理的共性规律、揭示材料结构与反应性关系，有望为大数据时代数据驱动的含能材料按需设计的新研究范式提供一种高效平台。

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