CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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庆三八妇女节专辑-2023

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    • 介孔碳纳米球/RDX主客体含能复合材料的制备及热分解性能

      2023, 31(1):18-25. DOI: 10.11943/CJEM2022169

      摘要 (307) HTML (205) PDF 1.59 M (3074) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究介孔碳纳米球(MCS)对氧化剂环三亚甲基三硝铵(RDX)热分解性能的影响,通过双模板法制备出粒径约350 nm的MCS,利用主客体化学技术将RDX晶体引入MCS孔内及表面,得到MCS/RDX复合物。采用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)对MCS和MCS/RDX复合物的形貌和结构进行表征;通过傅里叶红外变换光谱(FTIR)研究了MCS与RDX之间的界面相互作用;利用差示扫描量热-热重分析(DSC-TG)研究MCS/RDX复合物的热行为,相比纯RDX,MCS/RDX复合物的分解温度降低13 ℃,放热量增加,表观活化能从234.87 kJ·mol-1降低到126.48 kJ·mol-1。采用落锤撞击感度仪和静电火花装置测试所得材料感度。与纯RDX相比,MCS/RDX复合物的撞击感度和静电火花感度明显降低。这些结果表明,MCS对RDX的热分解具有较好的催化性能,并能降低RDX的感度。

    • TNBA/TNAZ最低共熔物的制备及性能

      2023, 31(2):130-141. DOI: 10.11943/CJEM2022059

      摘要 (356) HTML (184) PDF 3.79 M (2937) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用静电喷雾方法制备了2,4,6-三硝基-3-溴苯甲醚(TNBA)与1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)不同质量比的低共熔物。根据低共熔物的差示扫描量热(DSC)曲线绘制了二元温度-组成(T-X)、熔融焓-组成(H-X)相图,从而得到最低共熔物的质量比。采用扫描电镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)、高效液相色谱(HPLC)、X射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、DSC和热重-质谱联用(TG-MS)等方法对最低共熔物形貌、组分含量、元素分布、晶体结构和热分解性质进行了研究,并对最低共熔物的机械感度、热感度和爆轰性能进行了测试和理论计算。结果表明:TNBA/TNAZ最低共熔物的最佳质量比为60.95∶39.05;其微观形貌无尖锐棱角,组分比例与静电喷雾前一致,表面元素分布均匀,晶体结构与原料基本一致;最低共熔温度为350.18 K,相比原料TNBA、TNAZ降低了22.72 K和24.82 K;热分解反应速率常数为0.33 s-1,活化焓为60.10 kJ∙mol-1,活化能为64.44 kJ∙mol-1,活化吉布斯自由能为135.21 kJ∙mol-1,活化熵为-143.78 J∙(mol∙K)-1;最低共熔物的撞击感度(H50)为42 cm,摩擦感度(FS)为20%,5 s爆发点温度为558 K;爆轰性能(氧平衡-34.83%,爆热5101.78 kJ∙kg-1,爆速7598.37 m∙s-1)介于原料TNBA与TNAZ之间,理论爆轰产物主要为N2、C(d)、CO、CO2及H2O。

    • TKX-50/KH550复合材料的制备及其与硝化棉的相容性

      2022, 30(12):1197-1204. DOI: 10.11943/CJEM2022165

      摘要 (338) HTML (153) PDF 1.54 M (3788) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(TKX-50)与硝化棉(NC)的相容性,采用1%、2%和3%浓度的硅烷偶联剂(KH550)乙醇溶液对TKX-50进行包覆,得到3种TKX-50/KH550复合材料TK1、TK2和TK3。采用扫描电镜、红外光谱仪和差示扫描量热仪研究了复合材料的形貌结构及热安定性能;采用绝热加速量热仪和差示扫描量热仪研究了TKX-50/KH550复合材料与硝化棉(NC)之间的相容性。结果表明,与原料TKX-50(138.86 kJ·mol-1)相比,TKX-50/KH550复合材料的热分解表观活化能分别增加了190.03、195.82、194.42 kJ·mol-1,TKX-50的热稳定性得到了提高;在绝热环境下,较TKX-50与NC混合体系,3种TKX-50/KH550复合材料与NC混合体系的初始热分解温度分别提高了14.93、18.18和17.90 ℃;相比TKX-50,TKX-50/KH550复合材料与NC的相容性等级从3级提升到2级,改善了TKX-50与NC的相容性。

    • Zr/Pb3O4微胶囊化的制备及其性能

      2022, 30(4):301-308. DOI: 10.11943/CJEM2021284

      摘要 (318) HTML (257) PDF 1.43 M (5088) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高锆/四氧化三铅(Zr/Pb3O4)混合药剂的混合均匀性和工艺安全性,以海藻酸钠(SA)为微胶囊黏合剂,通过液相连续流混合,在水相中利用SA与Ca2+交联生成海藻酸钙(CA)凝胶,制备了CA/Zr/Pb3O4微胶囊。对CA/Zr/Pb3O4微胶囊和传统工艺制备的NC/Zr/Pb3O4颗粒进行形貌、粒度、球形度、流散性以及假密度等表征,表明CA/Zr/Pb3O4微胶囊平均粒径为517.10 μm,方差为44.21 μm,球形度为0.90,安息角为27.44°,粒径均一,球形度良好,流散性好。对CA/Zr/Pb3O4微胶囊进行火焰感度、燃速、火焰长度以及感度测试,表明CA/Zr/Pb3O4微胶囊火焰感度为65.38 mm,低于Zr/Pb3O4粉末的81.83 mm,火焰感度有所下降;CA/Zr/Pb3O4微胶囊燃速偏差为6.86,远低于Zr/Pb3O4粉末的燃速偏差12.04,燃烧一致性好;CA/Zr/Pb3O4微胶囊的火焰长度比Zr/Pb3O4火焰长17.1 mm,粒子更多;CA/Zr/Pb3O4微胶囊的静电感度大于156.25 mJ,远大于Zr/Pb3O4粉末的0.71 mJ,静电感度有所降低,两者撞击感度都大于100 J,摩擦感度都大于360 N。制备工艺在水相中进行,安全性高且方法具有普适性,适用于多种火工药剂。

    • 微流控组装nAl@PVDF@CL-20复合含能微颗粒的制备与表征

      2022, 30(4):341-348. DOI: 10.11943/CJEM2021317

      摘要 (518) HTML (278) PDF 1.88 M (3769) 评论 (0) 收藏

      摘要:含六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和铝粉的炸药及推进剂表现出优良的能量性能,Al/CL-20基含能材料已成为研究的热点。以聚偏二氟乙烯(PVDF)作为黏结剂,以纳米铝粉和六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)为原料,采用微流控技术制备了nAl@PVDF和nAl@PVDF@CL-20复合微颗粒。采用扫描电子显微镜(SEM)和激光粒度分析仪对两种复合微颗粒进行形貌和粒径分析,并用扫描电镜观察复合微颗粒的剖面表征其内部结构,采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)进行结构分析,采用热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)进行热分析。结果表明,制备的两种复合微颗粒球形度高,分散性好,粒度分布均匀,粒径为10~20 μm;复合微颗粒内部各组分分布均匀,各组分之间是物理复合,不存在化学键。热分析结果表明,nAl@PVDF和nAl@PVDF@CL-20复合微颗粒中PVDF和nAl表面的氧化层之间均发生了预点火反应,预点火反应放出的热量能够促进PVDF的分解;与nAl和PVDF复合能够促进CL-20的分解反应;与机械混合的nAl/PVDF/CL-20材料相比,微流控技术制备的nAl@PVDF@CL-20复合微颗粒各组分分布更加均匀。

    • FOX-7在有限温度下的热力学性质的理论计算

      2022, 30(12):1245-1251. DOI: 10.11943/CJEM2022137

      摘要 (344) HTML (186) PDF 1.06 M (4505) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究温度加载下含能材料的基础物性与分子间相互作用机制,基于准简谐近似,采用色散修正的密度泛函理论研究有限温度下FOX-7的晶体结构和热力学性质。通过引入零点能和温度效应修正可以显著提高实验温度下晶格参数的准确性,计算的晶格参数与实验值的误差在1%以内,在0~500 K温度范围内,FOX-7晶胞体积随温度的变化与现有实验值相比较为合理,其误差主要源自声子间相互作用的缺失。进一步,计算了不同条件下的热容、熵以及体积模量等基础热力学参数。结果表明:FOX-7的晶格参数和热膨胀系数均表现出强烈的各向异性,尤其是分子层间方向的膨胀率远高于分子层内方向。当温度达到200 K后,由硝基旋转引起的分子间相互作用变化使得晶体的热膨胀系数开始收缩,进而可能诱发FOX-7潜在的结构相变。绝热条件下的体模量与实验测量值符合较为合理,且体模量随温度的演化反映了FOX-7在有限温度下的软化行为。随着温度的升高,计算的热容和熵均逐渐增大,且等容和等压条件下的热容和熵受非谐作用影响表现出明显的数值差异。

    • 不同形貌FOX-7炸药的制备及其性能表征

      2022, 30(7):659-665. DOI: 10.11943/CJEM2021330

      摘要 (408) HTML (314) PDF 1.43 M (5393) 评论 (0) 收藏

      摘要:含能材料晶体的粒度和形貌对其性能影响较大,为了研究1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)炸药晶体形貌、粒度与其热分解性能的关系,采用溶剂-非溶剂法制备得到了不同形貌、粒度的FOX-7炸药颗粒。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、差示扫描量热仪和撞击感度测试仪分别对FOX-7炸药的晶体形貌、粒度、晶型、热分解性能和安全性能进行了表征和测试。结果表明,通过改变降温速率、搅拌速率等工艺条件,可以得到海胆形、球形、花状和块状等不同形貌的FOX-7炸药颗粒,所制备的FOX-7炸药晶型与原料一致,均为α型;粒度和形貌对FOX-7分子内氢键的断裂和共轭体系的破坏影响较大,球形形貌有利于提高FOX-7的热分解温度;同一形貌的FOX-7样品,粒径越大,热稳定性越好。在粒径为几十微米的FOX-7样品中,球形形貌的FOX-7样品安全性能最好。

    • 含能配位化合物的研究进展及其应用

      2022, 30(3):276-288. DOI: 10.11943/CJEM2021118

      摘要 (818) HTML (528) PDF 2.02 M (8335) 评论 (0) 收藏

      摘要:含能配位化合物(Energy Coordination Compound, ECC)具有不同金属元素与配体之间配位方式多样化的特点,预期可获得性能可调控的含能材料,因此成为近十几年来的研究热点之一。本文综述了不同配体组装ECC的方式和类型,ECC及其功能材料在作为起爆药、推进剂催化剂、铝热剂的可燃剂和氧化剂、烟火着色剂方面的应用。结果表明,不同的金属离子与富氮配体配位后形成的含能配合物在作为新型含能材料领域确实表现出巨大潜力,而且改变配体类型和个数能满足能量、感度等性能方面的要求。本文总结ECC合成规律并对未来如何在提升能量特性以及扩大应用方面进行了展望。

    • 金属-炸药界面脱粘缺陷的多次超声脉冲反射检测及成像

      2022, 30(9):952-958. DOI: 10.11943/CJEM2021035

      摘要 (199) HTML (157) PDF 2.33 M (5567) 评论 (0) 收藏

      摘要:金属-炸药粘接界面的结构完整性评价具有重要意义和工程应用价值。为实现金属-炸药界面脱粘缺陷的高灵敏度检测,研究了基于多次超声脉冲反射的检测和成像方法,计算分析了铝、虫胶、黑索今(RDX)炸药3种介质的声阻抗以及粘接界面的超声反射特性,进一步针对不同胶层厚度和人工预制脱粘缺陷试件提取和分析了3次回波信号,讨论了不同胶层厚度对脉冲多次回波幅值的影响规律。实验结果表明,铝-胶界面、铝-水界面的反射波幅值差异明显,一次与多次回波均能有效区分有无胶层的区域,铝-胶界面引起的声衰减在多次回波中持续累加。随着胶层厚度增加,铝-胶和铝-水界面的声衰减特性差异在超声多次回波中体现的累加效应逐渐减弱。人工预制缺陷检测实验结果表明,多次超声脉冲反射法可以检出最小圆形Φ1.5 mm和矩形1 mm宽的脱粘缺陷。

    • 酸性和有机溶液对α-AlH3稳定改性的研究

      2022, 30(8):779-786. DOI: 10.11943/CJEM2021142

      摘要 (247) HTML (187) PDF 1.80 M (6251) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高α-AlH3的稳定性,采用酸性和有机溶液对其进行了处理,通过结构表征、稳定性测试和机械感度测试对比研究了处理前后的样品,探讨了改性对α-AlH3释氢性能的影响及改性机理。结果表明,改性方法有效且对样品释氢性能影响微弱,改性后的α-AlH3的释氢损失量不超过1%,起始释氢温度和释氢峰值温度变化不超过±3 ℃,最大释氢速率变化不超过20%,其中,氢溴酸处理增强α-AlH3贮存稳定性的效果最好,样品贮存期间释氢量由0.87%降至0.02%。酸性和有机溶液处理能够使样品表面的杂质和缺陷减少,酸性溶液处理的α-AlH3表面形成了无定形氧化铝或氢氧化铝,增强了α-AlH3的稳定性。相较于有机溶液,酸性溶液在实际应用中更适于作为改性剂。

    • 丁羟四组元推进剂的宽温围压单向拉伸力学行为

      2022, 30(8):793-803. DOI: 10.11943/CJEM2022032

      摘要 (270) HTML (247) PDF 3.97 M (6998) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究丁羟四组元推进剂在宽温围压条件下的单向拉伸力学性能,采用宽温-围压气体试验系统研究了不同温度(-50 ℃、20 ℃和70 ℃)、不同围压(0.1 MPa、2 MPa与8 MPa)与不同拉伸速率(100 mm·min-1、1000 mm·min-1和4200 mm·min-1)下推进剂力学性能的变化规律。采用SEM扫描电镜与微米CT相结合的手段从细观层面分析宏观力学性能发展的内在细观原因,以此揭示外载荷对高固含量推进剂力学性能的影响机制。研究表明,常温与高温条件下,推进剂的损伤以“脱湿”为主;低温常压下则主要为“脱湿”和颗粒的韧断,当围压增大时会向颗粒的脆断转变,但延伸率随围压的增大仍然增大,分析认为主要是围压抑制了孔洞的产生和损伤的演化;在高围压不同拉伸速率下,常温和高温下推进剂表现出来的力学性能较为接近,这是因为高温会使粘合剂基体与固体填料之间的相互作用减弱,推进剂出现更严重的脱湿,而高围压则会抑制“脱湿”而减弱温度的影响;采用时压等效叠加原理(TPSP)进行最大抗拉强度主曲线拟合分析时,在低温-50 ℃条件下,时间-压强压位移因子与对应围压之间的关系并不符合标准形式,对于高固含量的推进剂而言TPSP叠加原理具有一定的使用局限性。

    • 铝基水凝胶的铝/水反应机理研究

      2022, 30(6):557-563. DOI: 10.11943/CJEM2021273

      摘要 (306) HTML (170) PDF 1.72 M (5393) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究PVA-nAl/HTPB的铝水反应特性,将端羟基聚丁二烯(HTPB)包覆的纳米铝粉(nAl/HTPB)分散于物理交联法制备的聚乙烯醇(PVA)水凝胶中得到聚乙烯醇-nAl/HTPB。通过研究25、40、55、70、85 ℃和100 ℃下PVA-nAl/HTPB复合物在0.1 mol·L-1 NaOH溶液中的铝水反应及反应后残渣,探究铝水反应机理。结果表明,PVA-nAl/HTPB的最大产氢量和最大产氢速率分别比PVA-nAl高76 mL·g-1和80 mL·g-1·min-1,铝水反应的最终产物为羟基氧化铝(AlO(OH))。

    • 不同结构尺寸丁羟发动机慢速烤燃特性

      2022, 30(2):155-162. DOI: 10.11943/CJEM2021097

      摘要 (509) HTML (482) PDF 3.99 M (7540) 评论 (0) 收藏

      摘要:慢速烤燃试验是固体火箭发动机低易损性评估试验考核的重点之一。为研究丁羟复合固体推进剂发动机尺寸对慢速烤燃特性的影响规律,采用慢速烤燃试验结合数值模拟,对比分析了Ф100 mm×200 mm、Ф160 mm×400 mm中小型试验件和Ф522 mm×887 mm大尺寸固体火箭发动机慢速烤燃点火增长规律,确定了点火温度、点火区域及响应等级。结果表明:Ф100 mm×200 mm,Ф160 mm×400 mm及Ф522 mm×887 mm 3种试验件的试验点火温度分别为244,172,155 ℃;以试验数据作为输入,计算点火温度分别为250,269,154 ℃,计算误差分别为2.88%,1.17%,0.64%,响应等级分别为爆炸、爆炸、爆燃;计算云图表明,中小型试验件的点火位置位于圆柱体中心,大尺寸固体火箭发动机的点火位置位于固体推进剂前端肉厚的中心位置,为一环状区域。

    • 不同海拔高度下破片速度衰减模型的修正方法

      2022, 30(1):58-63. DOI: 10.11943/CJEM2021150

      摘要 (404) HTML (285) PDF 1.38 M (3840) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用流体力学软件FLUENT研究了不同初始速度(≤2500 m·s-1)和海拔高度(≤20 km)下破片阻力系数,对不同海拔高度下破片速度衰减模型进行修正,并开展相应的低气压破片速度衰减特性试验,验证了修正模型的准确性。结果表明:初速700 m·s-1的球型破片和初速1000 m·s-1的长方体破片使用修正后速度衰减模型计算结果与试验结果吻合度较高,误差均小于5%,且修正后的速度衰减模型计算精度比修正前的模型提高了10%左右。该修正后的破片速度衰减模型可用于计算阻力系数随海拔高度变化对破片速度衰减系数的影响,提高破片速度的计算精度,从而进一步提升破片战斗部威力评估的准确性。

    • Al/Fe2O3纳米铝热剂界面结构和稳定性的周期性密度泛函理论研究

      2022, 30(3):197-203. DOI: 10.11943/CJEM2021224

      摘要 (432) HTML (216) PDF 1.49 M (3722) 评论 (0) 收藏

      摘要:纳米铝热剂是一类应用广泛的含能复合材料,系统研究其界面结构与性能的关系,对制备性能更优的新型铝热剂有重要指导意义。采用周期性密度泛函理论方法研究了Fe2O3(104)和Fe2O3(110)表面的结构、表面能以及由它们与Al(111)表面构成的Al/Fe2O3界面(AFS1、AFS2、AFS3、AFS4和AFS5)的结构、黏附功和键合特征。结果表明,Fe2O3(104)和Fe2O3(110)的O原子暴露表面更稳定,它们与Al(111)构成的界面AFS1和AFS5在所研究的5种界面中也最稳定,分别具有最大的黏附功(3.92 J·m-2和3.02 J·m-2),且AFS1比AFS5更稳定。在这两种最稳定的界面中,Al原子都是堆积在Fe2O3表面O原子的顶位,界面键合主要是通过Al-O离子键作用。

    • DNTF与高聚物相容性的分子动力学模拟

      2023, 31(1):61-69. DOI: 10.11943/CJEM2022163

      摘要 (318) HTML (127) PDF 1.52 M (2672) 评论 (0) 收藏

      摘要:为确定高分子聚合物钝感剂和3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱 (DNTF)的相容性,采用分子动力学(MD)模拟方法,分别构建了DNTF与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氟橡胶(F2603)、顺丁橡胶(BR)和聚偏二氟乙烯(PVDF)混合的熔铸炸药模型,在COMPASS力场下,从径向分布函数、溶度参数和Flory-Huggins相互作用参数3方面研究了DNTF与上述4种高分子聚合物钝感剂的相容性,揭示了共混物分子间相互作用力本质。采用真空安定性实验法对4种共混物体系的相容性进行了实验验证。结果表明:共混物中同组分的分子间径向分布函数值比两组分的分子间值低,体系溶度参数均小于3 J1/2·cm-3/2,体系的相互作用参数值小于临界作用参数值,体系放气量均小于0.6 mL,说明DNTF与PMMA、F2603、BR和PVDF均相容,且数值模拟结果与实验结果相吻合。

    • 不饱和聚酯包覆层流动及浇注的仿真模拟

      2022, 30(11):1106-1127. DOI: 10.11943/CJEM2022045

      摘要 (371) HTML (214) PDF 6.01 M (8362) 评论 (0) 收藏

      摘要:固体火箭发动机技术的发展对现有的包覆层生产技术提出了新的挑战,采用热固性树脂作为基体,结合连续自动化包覆技术,可快速得到成型完整、性能优异的包覆层,是近年来较为热门的包覆层生产方法。本研究分析了不饱和聚酯(UPR)包覆层的流动性和浇注条件,通过在Fontana-Kiuna模型基础上引入指数函数,得到匹配的化学流变模型,建立了UPR固化时粘度与时间、温度的函数关系,得到了适合包覆层浇注操作的温度;以Bird-Carreau幂律方程建立UPR流体的本构方程,使用Polyflow软件在前述温度下对恒速模式和恒压模式下UPR包覆层的浇注过程进行模拟,分析了浇注速率、浇注压力对充填完整性的影响,预测了包覆层的填充体积分数分布、流动速率分布和熔接线位置。结果表明,为了保证UPR包覆层浇注完整,浇注温度应该在35 ℃以下,浇注压力应大于1 MPa,入口流速应大于150 mm3·s-1且小于175 mm3·s-1

    • TATB与AOT溶液界面相互作用的分子动力学模拟

      2022, 30(6):597-603. DOI: 10.11943/CJEM2021311

      摘要 (269) HTML (176) PDF 1.78 M (5358) 评论 (0) 收藏

      摘要:为得到表面活性剂磺基丁二酸钠二辛酯(AOT)对1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)结晶过程的影响规律,通过分子动力学方法(MD)对TATB与AOT溶液的界面相互作用进行了研究。首先采用Morphology模块中的Bravis-Friedel-Donnary-Harker(BFDH)模型和Adhesion Energy(AE)模型,确定了真空中TATB晶体的7个主要晶面,然后建立了TATB晶面与AOT溶液的界面模型,进行了分子动力学方法模拟,并运用修正后的AE模型,对所得数据进行了处理。结果显示,真空中TATB晶体的主要晶面分别为(0 0 1)、(1 0 -1)、(1 -1 0)、(1 0 0)、(1 -1 1)、(0 1 -1)和(0 1 0)面,AOT溶液对TATB的结晶速率具有整体促进作用。通过分析TATB晶面结构及分子间相互作用,认为(0 0 1)面的特殊平面结构,导致其与AOT溶液的相互作用较弱,附着能较低,为119.832 kJ·mol-1,因此在结晶过程中生长速率相对较慢,而(1 0 -1)、(1 -1 0)、(1 0 0)、(1 -1 1)、(0 1 -1)和(0 1 0)晶面附着能较高(均高于119.832 kJ·mol-1),生长速度相对较快。因此,在结晶实验过程中,TATB首先呈现叶片状结构,随着时间推移,(0 0 1)面逐渐生长,最终呈现长叶片状结构。

    • 吸电子基取代五唑化合物的热稳定性理论研究

      2022, 30(1):12-19. DOI: 10.11943/CJEM2021192

      摘要 (402) HTML (207) PDF 2.05 M (4838) 评论 (0) 收藏

      摘要:五唑化合物是当前含能材料领域的一个研究热点,但现有五唑化合物的稳定性普遍偏低。为研发性能更优的新型五唑化合物,基于对已有结构的分析,设计了五唑的系列非芳环吸电子基取代衍生物(N5(CH2x-1R,R=—NO2,—CF3,—CN,—CHO,—COOH,x=1,2,3,4),采用密度泛函理论方法,计算了与N5环直接相连的侧链化学键的解离能EBD和N5环的分解能垒Ea,并与部分供电子基取代物的结果进行比较,分析讨论了取代基与相关的键长、键级、键临界点电子密度、N5环的电荷和氧平衡对EBDEa的影响规律。结果表明,所有分子的Ea均远小于EBD,表明N5环的稳定性是决定五唑分子稳定性的关键因素。对于R与N5直接相连的分子(x=1,即N5R),R为吸电子基时的Ea小于R为供电子基或H时的Ea随N5环破裂键键长减小、键级增大及临界点电子密度的增大,Ea总体呈增大趋势。N5环是强吸电子基,直接连接强吸电子或强供电子基会使N5环上的负电荷过少或过多,因而都不利于N5环稳定。

    • TKX-55与二氧六环热解机理的分子动力学

      2022, 30(1):20-33. DOI: 10.11943/CJEM2021067

      摘要 (574) HTML (283) PDF 3.20 M (6996) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究含能共晶TKX-55的热解机制及溶剂组分二氧六环(1,4-Dioxane,DIO)对含能组分5,5´-双(2,4,6-三硝基苯基)-2,2´-双(1,3,4-噁二唑)(BTNPBO)热解的影响,基于反应力场(ReaxFF-lg, Reactive Force Field-Low Gradients)开展了TKX-55和纯溶剂组分DIO的分子动力学模拟研究。结果表明,TKX-55的初始分解反应包括了含能分子的二聚反应、含能组分和溶剂组分之间的氢转移、含能组分中1,3,4-噁二唑的开环反应以及硝基解离。二聚反应为后续团簇的快速生长提供了条件,团簇的大量生成限制了热量的释放和稳定小分子产物的释放,这是TKX-55高耐热性的本质原因。纯溶剂组分体系低温下放热量较小,且不易形成团簇,在较高温度下放热量以及团簇的体积和数量明显增加。DIO分子在TKX-55中的主要作用是吸附活性小分子产物(如OH、NO、NO2等),间接抑制BTNPBO的分解进程。

    • 一株高效降解苯胺菌Q6的分离鉴定及其降解特性

      2022, 30(10):1004-1012. DOI: 10.11943/CJEM2022168

      摘要 (347) HTML (215) PDF 1.63 M (7270) 评论 (0) 收藏

      摘要:火炸药在生产和加工中会产生苯胺废水,对环境造成较大的污染。为苯胺降解提供高效的菌种资源,从化工废水处理厂好氧曝气池活性污泥中分离出一株以苯胺为唯一碳源和能源生长的高效降解菌Q6,通过形态观察、生理生化特征和16S rDNA基因序列系统发育分析,初步鉴定菌株属于食酸菌属(Acidovorax sp.)。研究了接种量、温度、pH值、外加碳氮源对菌株Q6降解苯胺的影响,同时拟合了不同初始浓度苯胺的降解动力学过程和菌株Q6生长动力学过程。实验结果表明,在温度23~37 ℃和pH 5~8的条件下,菌株Q6均能高效降解苯胺,且氯化铵可作为最优共代谢氮源促进菌株对苯胺的降解。最适条件33 ℃、pH 7和接种量10%,该菌株对不同初始浓度(200~3000 mg·L-1)苯胺的降解率均可达95.0%以上,降解苯胺过程呈现一级和零级动力学关系。Q6生长过程符合Haldane方程,其最大比生长速率μmax为0.130 h-1,半饱和常数Ks为190 mg·L-1,抑制常数Ki为8497 mg·L-1。研究表明,菌株Q6在处理含高浓度苯胺工业废水方面具有独特潜力。

    • 亲水色谱-质谱联用方法分析水中肼、甲基肼和偏二甲肼

      2022, 30(10):1022-1029. DOI: 10.11943/CJEM2021220

      摘要 (350) HTML (264) PDF 1.10 M (4834) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有方法(分光光度法和液相色谱法)在分析水样中肼、甲基肼和偏二甲肼含量中存在的选择性差、分析效率低等问题,开发了一种基于亲水色谱-质谱联用的肼类化合物含量分析方法。分别考察了样品配制条件、流动相组成及质谱分析条件对分离效果、分析时间、检测灵敏度的影响,优化得到了适合于肼类化合物分析的液相色谱-质谱分析条件。该方法使用80%异丙醇-0.1%甲酸溶液作为样品溶剂,进样10 μL进行分析;以70%乙腈-10 mmol·L-1甲酸铵、pH=3.5的混合溶剂作为流动相,用亲水色谱柱进行分离;分别选取质子化肼-乙腈非共价加合物、质子化甲基肼、质子化偏二甲肼作为检测离子,并分别采用50、100、100 eV源后碰撞能对肼、甲基肼和偏二甲肼进行质谱分析。在0.01~2 mg·L-1之间一定的浓度范围内,三种肼类化合物的质谱响应与其浓度呈现出良好的线性关系,可应用于水样中三种肼类化合物的定量分析。三种肼类化合物的方法检出限分别为0.04、0.005、0.025 mg·L-1。对加标水样进行了分析,所得方法回收率介于92%~115%。

    • 基于生物传感的痕量炸药检测方法研究进展

      2022, 30(10):1047-1054. DOI: 10.11943/CJEM2021277

      摘要 (414) HTML (210) PDF 2.52 M (9429) 评论 (0) 收藏

      摘要:2,4,6-三硝基甲苯(TNT)是军事活动中最重要的武器能源体,其不仅具有强大的毁伤作用,同时还具有化学毒性,即使是痕量的TNT,也会对自然环境、人类健康造成严重威胁。因此,发展具有高灵敏、高准确性、快响应的痕量炸药检测技术,对保护生态环境、维护人类健康具有深远研究意义。在众多痕量检测技术中,生物传感技术具有选择性好,合成简单,响应快,灵敏度高等优势,具有良好的应用前景。本文综述了近年来生物传感技术在痕量炸药检测中的研究进展,重点讨论了抗体免疫、肽、适配体、酶以及多参量加载5大类生物传感器的优势以及局限性。其中基于适配体制备的传感器对炸药分子具有良好的亲和力以及特异性,检出限相较于其他几类传感器低1000倍,且稳定性良好,易于改造修饰,结构拓展能力强。今后研究的重点为基于适配体等生物受体元件构筑的高通量痕量炸药传感系统,结合神经网络算法,机器学习技术,构筑具有多重检测以及仿生遥感性能的痕量炸药生物传感技术。

    • 水中偏二甲肼及其转化产物检测方法研究进展

      2022, 30(6):611-621. DOI: 10.11943/CJEM2021154

      摘要 (318) HTML (197) PDF 1.40 M (5982) 评论 (0) 收藏

      摘要:水中偏二甲肼(UDMH)及其转化产物的快速检测对于其污染控制具有重要意义。本文梳理了色谱法(包括气相色谱、高效液相色谱和离子色谱)和非色谱法(包括电化学法、分光光度法、化学发光法)对水中UDMH的检测研究进展,并简要介绍了色谱法在水中UDMH转化产物检测方面的应用研究,指出了不同检测方法在检测浓度范围、样品前处理、抗干扰能力等方面的优缺点,认为色谱前处理装置的高效自动化设计、多种分离和检测技术联用是解决水中UDMH和其转化产物检测难题的未来发展方向。

    • 单模块装药膛内流场特性试验及数值仿真

      2023, 31(1):70-82. DOI: 10.11943/CJEM2022198

      摘要 (274) HTML (103) PDF 3.00 M (2526) 评论 (0) 收藏

      摘要:模块装药是目前大口径加榴炮主要的装药结构之一。为了更加精确地研究单模块装药膛内燃烧的内弹道特性,分析膛内燃气流动及压力波变化规律,设计了模块装药燃烧模拟试验平台,并进行了单模块装药的膛内燃烧试验。根据模块装药的特点,分区域建立了模块装药轴对称二维两相流内弹道模型。基于高阶精度MUSCL(Monotonic Upstream-centered Scheme for Conservation Laws)格式,数值模拟了单模块装药药室内部点传火过程。结果表明,计算结果与试验结果吻合较好,不同测试点的压力曲线的计算峰值误差均低于4%,表明所建立数学模型和使用的计算方法能够较好地描述单模块装药药室内部燃烧过程。结果还发现,在t=5.0 ms前,由于模块未破裂,药盒端盖的阻隔导致主装药燃气无法及时向药室扩散,仅传火管燃气对膛内流场造成微弱的影响,这一时期药室内部压力最大值比传火管右端未破膜前仅上升约4.3%;当模块破裂后,模块与药室边界处存在3.05 MPa的压力梯度,使得火药燃气及固相颗粒沿轴向快速向药室自由空间流动,在弹丸底部区域形成较强反射压力波;随着时间的推移,压力波反复震荡,并逐渐减弱。

富氮杂环含能化合物的创制

年第卷第

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