CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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爆轰物理

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    • 三种联结方式对典型双四唑含能材料晶体结构和性能的影响

      2020, 28(9):834-840. DOI: 10.11943/CJEM2020094

      摘要 (717) HTML (347) PDF 4.48 M (5149) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究不同联结方式对双四唑含能材料结构和性能的影响,比较分析了5,5′-联四唑-1,1′-二氧羟铵盐(TKX-50)、5,5′-偶氮四唑-1,1′-氮氧化物二羟氨盐(ATZO-1)、5,5′-偶氮四唑-5-氮氧化物钠(ATO-Na)等三个化合物的晶体数据,从键长、键角、二面角、氢键作用等微观层面总结了偶氮键(─N􀰗N─)和氧化偶氮键(─N􀰗N(O)─)的引入对双四唑化合物结构的影响。研究发现两个四唑环分子直接相连形成的联四唑结构最为致密,对称和致密结构使其具有高的晶体密度,采用玻恩-哈伯循环(Born-Haber cycle)和热力学中盖斯(Hess)定律计算了TKX-50、ATZO-1和5,5′-偶氮四唑-5-氮氧化物二羟氨盐(ATO-1)的生成热,根据Kamlet-Jacobs公式(K-J方程)计算了其爆轰参数,比较发现,─N􀰗N─和─N􀰗N(O)─引入到联四唑中可降低其晶体密度,在一定程度上提高其生成焓,由于晶体密度相差较大,TKX-50仍具有最高的爆轰性能。

    • 共晶炸药晶体稳定性和爆轰能量提升策略的理论研究

      2020, 28(9):854-860. DOI: 10.11943/CJEM2020020

      摘要 (784) HTML (465) PDF 1.52 M (9523) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究影响共晶炸药晶体稳定性和爆轰能量的关键因素,基于第一性原理方法对六硝基六氮杂异伍兹烷/奥克托今(CL-20/HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷/三硝基甲苯(CL-20/TNT)、苯并三氧化呋咱/1,3,5-三硝基苯(BTF/TNB)、3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮/5,6,7,8-四氢四唑并三嗪 (NTO/TZTN)等16种共晶炸药的晶体结构、分子间相互作用、物理化学性质参数、晶体稳定性及爆轰能量进行了研究。结果表明,分子间氢键强度小于21 kJ·mol-1时,共晶晶体稳定性主要由氢键数量决定;氢键强度大于21 kJ·mol-1时,共晶晶体稳定性主要由氢键强度决定。相对于单组分炸药,共晶炸药大多具有较好的氧平衡和氮含量,但晶体密度普遍较小,导致爆轰能量相对于单组分炸药并无明显优势。以CL-20共晶炸药为例,共晶设计需提升分子间氢键的强度,而非仅增大氢原子计量比、增加氢键数量以提升晶体稳定性。该策略能兼顾较好的氧平衡、氮含量和晶体密度,从而实现共晶炸药晶体稳定性和爆轰能量的实质性提升。

    • 含能五唑离子盐的能量性能预估

      2020, 28(8):718-723. DOI: 10.11943/CJEM2019208

      摘要 (1126) HTML (567) PDF 648.38 K (4175) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了在同一水平上比较含能五唑离子盐的密度、生成热、爆速和爆压,采用密度泛函理论,对近两年合成的五大类16个非金属N5ˉ离子盐进行了研究。结果表明在MP2/6-311++G(d,p)理论水平上,根据Born-Haber能量循环计算的五唑离子盐的生成热为95.2~1362.0 kJ·mol-1,三唑类N5ˉ离子盐的平均生成热最高。这些五唑离子盐的密度为1.395~1.650 g·cm-3(298.15 K),远远低于理论预测的全氮化合物的密度。通过Kamlet-Jacobs公式计算的爆速和爆压结果与EXPLO5的计算结果吻合良好,大部分五唑含能离子盐的爆速为6500~8000 m·s-1;爆压为15~26 GPa,低于RDX的爆速和爆压。N5ˉ的缩二胍盐、羟胺盐和肼盐的理论爆轰性能突出,它们的爆速(8622~9032 m·s-1)与RDX持平或者略高,爆压(29.5~32.3 GPa)均低于RDX,并未展现出全氮阴离子衍生物的明显优势,也远未达到对它们超高能量的预期。

    • 5,6-二氨基呋咱并[3,4-b]吡嗪-4,7-二氧化物(DAFPO)的合成、结构及性能

      2020, 28(7):625-631. DOI: 10.11943/CJEM2019245

      摘要 (771) HTML (454) PDF 0.00 Byte (3621) 评论 (0) 收藏

      摘要:新型高能不敏感含能材料的合成对于武器装备能量水平和安全性的提升有重要意义。以5,6-二氨基呋咱并[3,4-b]吡嗪为原料,经氧化反应首次合成了5,6-二氨基呋咱并[3,4-b]吡嗪-4,7-二氧化物(DAFPO),用核磁共振(氢谱、碳谱、氮谱)、红外光谱和元素分析对其进行了表征。以乙酸乙酯为溶剂使用缓慢蒸发法获得了DAFPO•2H2O的单晶,利用X-射线单晶衍射和Hirshfeld表面分析完成了结构解析和分子间相互作用研究。结果表明,DAFPO•2H2O属正交晶系,Pna21空间群,296 K下晶体密度1.806 g·cm-3,分子间存在较强的O…H和N…H氢键作用。使用差示扫描量热法(DSC)和热失重法(TG/DTG)进行热分析,结果显示其热分解峰温为131.8 ℃。基于原子化反应利用Gaussian 09计算DAFPO的固相生成热为753.5 kJ·mol-1,由气体膨胀置换法测得其密度1.86 g·cm-3,使用EXPLO5预测其理论爆速和理论爆压分别为8836 m·s-1和36.0 GPa,采用BAM标准方法测得其撞击感度大于40 J,摩擦感度大于360 N。性能研究结果表明,DAFPO是一种兼具较高能量水平和优良安全性能的新型不敏感含能材料。

    • 高氮钝感含能化合物6-((2H-四唑-5-基)-氨基)-1,2,4,5-四嗪-3(2H)-酮:π-堆积和氢键作用(英)

      2020, 28(3):182-189. DOI: 10.11943/CJEM2019067

      摘要 (1185) HTML (527) PDF 0.00 Byte (4649) 评论 (0) 收藏

      摘要:合成了6-((2H-四唑-5-基)-氨基)-1,2,4,5-四嗪-3(2H)-酮(TATzO)并通过红外光谱、元素分析、核磁和单晶X射线衍射对其结构进行了表征。单晶结构表明,TATzO·H2O属于正交晶系,空间群是Pnma,密度为1.730 g·cm-3。在非等温条件下,利用差示扫描量热法(DSC)和热重(TG-DTG)研究了TATzO的热分解行为并计算得到分解峰温、活化能(E)、指前因子(A)、热点火温度(Tbe)和热爆炸临界温度(Tbp),分别为230.46 ℃、169.03 kJ·mol -1、15.65 s-1、 213.75 ℃和 223.03 ℃。TATzO·H2O分解峰温和热爆炸临界温度与传统含能材料RDX相近,表明TATzO热稳定性较高。通过高斯03软件包设计等键反应计算生成焓(HOF),由Kamlet-Jacobs(K-J)方程计算爆速(D)和爆压(p)以评估爆轰性能。Dp分别为7757 m·s-1和25.74 GPa。落锤法测得TATzO撞击感度大于24 J。

    • 耐热炸药ZXC-20的合成与性能

      2020, 28(3):198-202. DOI: 10.11943/CJEM2019195

      摘要 (1482) HTML (735) PDF 0.00 Byte (3298) 评论 (0) 收藏

      摘要:以2,3,4-三氟硝基苯为原料,采用硝化、成环及再硝化三步反应合成了12,52-二氟-14,16,34,36,54,56,74,76-八硝基-2,4,6,8-四氧桥连-1,3,5,7(1,3)-杯[4]芳烃(ZXC-20)。采用溶剂挥发法得到ZXC-20·EtOH的单晶,并利用X射线单晶衍射技术表征了该单晶结构。用全自动真密度仪和综合热分析仪测定该化合物的密度和热稳定性,并采用EXPLO5 v6.01程序预测了其爆轰性能。结果表明,ZXC-20晶体属于P1空间群,晶胞参数为a=10.620(6) Å,b=10.641(6) Å,c=16.549(12) Å。V=1524.5(16) Å3,Z=2,F(000)=788.0;在298 K下,ZXC-20的实测密度为1.912 g·cm-3,热分解温度为333.76 ℃,理论爆速和理论爆压分别为8070 m·s-1和29.5 GPa,均优于TATB,是一种潜在的含氟耐热炸药。

    • 高能三唑铜配合物Cu(DNABT)(NH3)2-x(NH2NO2)x的结构和性能理论研究

      2020, 28(2):112-117. DOI: 10.11943/CJEM2018301

      摘要 (1123) HTML (1040) PDF 0.00 Byte (3273) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于N,N′-二硝氨基-3,3′-二硝基联三唑(DNABT)二齿含能配体和金属元素铜,采用含能小配体NH3和NH2NO2对结构和性能进行调控,设计了三种新型含能富氮金属配合物:Cu(DNABT)(NH3)2-x(NH2NO2)xx=0,1,2)。采用密度泛函理论等方法对其分子、电子和晶体结构,及生成热、密度、爆速爆压和撞击感度等性质进行了计算模拟。结果表明,Cu与小配体之间的配位键是结构中比较弱而容易诱发分解的部分。小配体的类别和数量对配合物的结构和不同性能都有显著影响,且对各种性能的影响不同。三种配合物具有高密度(2.07~2.13 g·cm-3)、优良的能量性质(爆速:8.44~9.12 km·s-1,爆压:34.2~40.0 GPa)和可接受的感度(7~22 cm),x=1时,配合物的能量水平优于黑索今且感度与其接近,是潜在的高能量密度化合物。

富氮杂环含能化合物的创制

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