《高能離子鹽的設計、合成及性能研究》是依託北京理工大學，由周智明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高能離子鹽的設計、合成及性能研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：周智明
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
運用分子功能性-合成簡便性並重的設計策略，從幾種在爆炸性能方面富有特色的炸藥結構入手，將它們套用於高能離子鹽的炸藥構造中，針對母體結構性能方面某些缺陷（如安定性、感度），充分利用陰離子電荷離域化傾向，設計新型含能有機酸，含硝胺和偕二硝基的C-H酸；含硝胺的C=NH酸和C=N-OH酸，成鹽後可改善水解，熱穩定性及撞擊感度。這些含能鹽類富含氧化基團（N-NO2和C-NO2）和高焓值鍵（C-N和N-N等），能有效調節氧平衡；更重要的是基團自身的高密度加之陰陽離子可產生的多重次級作用使密度進一步提高，進而實現高爆速（9500m/s以上）。運用醛胺縮合或Mannich反應，再經硝化即可獲得一系列N-H，O-H和C-H含能有機酸，且原料易得，合成極為簡便。本項目的成功實驗，將對有效解決單質炸藥高能量和低感度這對矛盾、創新設計思想和合成高性能新炸藥有啟發意義。
結題摘要
開發具有更高性能與低感度的以及環境友好的新型高能密度材料(HEDM)是近年含能材料領域的研發重點。近年來由於含能離子鹽與分子類似物相比具有蒸汽壓低、感度低和熱穩定性好等特點，已成為含能材料領域研究的重要發展趨勢。含能離子鹽具有優良的可調性，通過設計陰離子和陽離子組份，有望得到綜合性能優良的含能材料。偕二硝基是一個具有高能量、高密度、高能量等優點的重要爆炸基團，以含有該基團的化合物作為碳負陰離子與富氮的有機陽離子結合有望得到高密度、高能量和較低感度的新型含能材料。氮唑類化合物含有大量的N-N和C-C鍵使得其具有高的正生成焓，高的密度以及好的氧平衡，基於富氮唑類化合物的含能離子鹽正逐漸成為一個近年來含能材料研究的重要方向。成功合成了十幾個系列的基於偕二硝基C-負離子的含能離子鹽和氮唑類含能離子鹽，化合物經過IR、1H NMR、13C NMR、15N NMR以及元素分析等進行了全面結構表征，其中部分化合物的結構通過單晶X-射線衍射得到了進一步確認。通過性能測試（分解溫度，密度和撞擊感度）及理論計算（生成焓和爆轟性能）表明我們得到了近20個爆轟性能優良，感度較低的含能離子鹽化合物。其中3,3',4,5,5'-五硝基-1'-氫-1,4'-雙吡唑在穩定性 (Td = 297 ℃)，作功能力 (A = 1712 kJ g-1 ) 和爆轟性能上 (D = 8814 m s-1, P= 37.0 GPa) 均優於RDX，且具有感度低的特點。綜合考慮性能與安全穩定性，所合成的雙環類化合物有望成為新一代鈍感高能含能材料。
