《富氮含能化合物的密度與氧平衡提升技術》是依託北京理工大學，由龐思平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：富氮含能化合物的密度與氧平衡提升技術
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：龐思平
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
含能材料作為一類特殊的精細化工產品，廣泛用作火藥、炸藥、火箭推進劑和煙火技術，在國防和國民經濟中有著重要作用。富氮含能化合物是近來含能材料領域的研究熱點。本項目擬利用硝基、硝氨基、硝基氧化偶氮基團、偕二硝基等含能基團對富氮雜環骨架進行合理修飾，提高其密度和氧平衡，合成能量水平更高的新型富氮含能化合物，總結含能基團和對富氮雜環骨架對密度、生成熱、爆速、爆壓、安定性等的影響規律和構效關係，實現對富氮含能化合物的有效性能調控。
結題摘要
多氮含能化合物是近年來發展起來的一種新型含能材料，其中硝基唑類化合物最為引人注目。硝基唑類具有高氮含量、高密度、高氧平衡、高生成熱，爆轟性能優異，分解產物環境友好等優點，含能MOFs具有高密度、高爆熱、機械感度低（較鈍感）、爆炸分解產物環境友好等優點，在高能鈍感炸藥、低特徵信號推進劑、氣體發生劑等含能材料的各個領域具有潛在的套用前景。本項目主要通過以下手段研究了含能化合物的密度和氧平衡提升技術，取得了以下結果。1. 以氨基唑類為底物，選用過硫酸氫鉀（Oxone）為氧化劑，水為反應溶劑，可高產率的得到3,4,5-三硝基吡唑和5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑等硝基唑類化合物。該方法操作簡單、反應溫和、綠色無污染，底物適用範圍廣;2. 將偕二硝基引入5-硝基四唑、3-硝基-1,2,4-三唑和3-硝基吡唑的唑環N原子上，得到一系列新型N-偕二硝基唑類化合物及其含能鹽。N-偕二硝基的引入使硝基唑類的密度和氧平衡大幅度提高。大部分化合物的密度在1.80 g cm-3以上，N-偕二硝基-5-硝基四唑的實測密度達到了1.97 g cm-3，是目前四唑類CHNO含能材料中的最高密度；由於具有較高的氧平衡，部分化合物的比沖遠大於AP和ADN的比沖；由於密度和氧平衡的大大改善，該系列含能化合物爆轟性能優異，爆速在7.98 km s-1-9.23 km s-1之間，爆壓在24.8 GPa-38.5 GPa之間；所有含能鹽的分解溫度都大於其中性分子的分解溫度，表明成鹽有助於改善N-偕二硝基唑類化合物的熱安定性，進一步通過BDE和Mulliken電荷和Wiberg鍵級的計算證實了此結論；3. 以陽離子金屬含能骨架MOF(Cu)為底物，與二硝醯胺陰離子進行交換，得到骨架孔通道中含有二硝醯胺陰離子的交換產物N(NO2)2－ MOF(Cu)。由於金屬骨架對二硝醯胺陰離子形成包覆，使得交換產物的熱分解溫度達到221℃，是目前分解溫度最高的二硝醯胺化合物;4. 以三維陽離子金屬含能骨架材料MOF(Cu)、MOF(Zn)和MOF(CuBF4)為底物，與硝仿根（C(NO2)3－）陰離子進行交換。結果表明，含能金屬有機骨架由交換前的三維結構轉變為交換後的二維結構 MOF(Zn+atrz) Zn(atrz)2[C(NO2)3]2(H2O)2•(atrz)• 2H2O和MOF(Cu+atrz) Cu
