新型高能量密度材料

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1、新型高能量密度材料摘要：高能量密度材料是一種能量存儲材料，也就是我們所熟知的推進(jìn)劑，發(fā)射藥和炸藥。高能材料中的化學(xué)能量的釋放和存儲，依賴與材料分子中化學(xué)鍵的斷裂和生成。這類高能材料主要應(yīng)用于航天推進(jìn)，武器發(fā)射與炸藥爆破毀傷。本文主要介紹了HEDM的研究現(xiàn)狀和富氮類HEDM的性能特征，最后介紹了含能鹽類化合物的相關(guān)情況。AbstractHighenergydensitymaterialsarematerialsusedforenergystorageandaspropellantsandexplosives.HEDMsreferstoenergeticm

2、oleculesthatstoreandreleasetheirenergyonlythroughmakingandbreakingofchenmicalbonds.Anexplosiveisdefinedasamaterialthatoninitiationundergoesachemicalreactionliberatingalargeamountofheatandsoexertingahighpressureonitssurrounding.Thispapermainlyintroducesthepresentsituationofthestu

3、dyHEDMandrichnitrogenclassHEDMperformancecharacteristics.Atlast,thepaperintroducestheenergeticcompoundscontainingsalts.HEDM性能及現(xiàn)狀高能量密度材料是一種能量存儲材料，也就是我們所熟知的推進(jìn)劑，發(fā)射藥和炸藥高能密度材料的能量主要依靠化學(xué)計量學(xué)來表征。[1,2]例如：材料中C、H、N的元素比例，復(fù)合材料的氧平衡常數(shù)，密度，生成焓，感度（包括撞擊，摩擦，沖擊波，電刺激等），熱安定性，酸堿穩(wěn)定性，爆炸性能，環(huán)境相容性等。這些性質(zhì)有些事相互

4、矛盾的，因此尋找更令人滿意的高能密度材料（新配方或新物質(zhì)）是一件很具有挑戰(zhàn)性的工作。傳統(tǒng)的由碳，氫，氧，氮等元素組成的高能物質(zhì)包括：TNT，1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7,-四氮雜環(huán)辛烷（HMX），1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮雜環(huán)己烷（RDX），三氨基三硝基苯（TATB），2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮雜異伍茲烷（CL-20），八硝基立方烷，4,10-二硝基-4,10-二氮雜-2,6,8,12-四氧雜異伍茲烷（TEX）。很不幸的是，大多數(shù)含硝基的高能化合物的生產(chǎn)過程都伴隨著嚴(yán)重的環(huán)境污染。[3]富氮

5、類HEDM高氮含量含能材料是高能密度材料研究的一個方向，這類材料主要是為了滿足未來國防和空間探索的需要。富氮類化合物的高能量儲備情況與TNT或季戊四醇四硝酸酯（PETN）等不同，傳統(tǒng)的含能材料主要是依靠反應(yīng)時，分子內(nèi)的C，O原子的自氧化作用，但是富氮化合物的能量主要來源于該化合物的高生產(chǎn)焓，也就是依靠物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)的高能狀態(tài)。而不像傳統(tǒng)炸藥依靠的是生成產(chǎn)物的負(fù)生成能（水和二氧化碳等物質(zhì)都是負(fù)生成焓）。富氮化合物也被作為很好的配體應(yīng)用于配位化學(xué)，合成了多種功能的配合物，如新型起爆藥，新型光學(xué)性能材料等。[4,5]富氮類化合物中含有大量的C-N和N-N鍵，

6、所以才會有很高的分子位能和生成焓。這類物質(zhì)一般會對放電及摩擦，撞擊等作用鈍感。三唑，四唑，三嗪等有機(jī)富氮結(jié)構(gòu)常常是這類化合物的基本結(jié)構(gòu)。偶氮三唑（ABTr）[6]，一硝胺基二疊氮基三嗪（NADAT）[7]，二氨基四唑（DAT）[8]，對二肼基四嗪（DHT）[9]，四疊氮基甲烷（TAM）[10]等都是最新的一些應(yīng)用于含能材料的富氮化合物。這些物質(zhì)中碳?xì)湓氐谋壤艿停孔罡叩母哌_(dá)90%，這樣的分子特性有以下的一些好的性質(zhì)：（Ⅰ）高密度；（Ⅱ）可以輕易的獲得較高的氧平衡；（Ⅲ）每克藥在燃燒或爆炸時能產(chǎn)生更大量的氣體分子。結(jié)構(gòu)中含有相鄰氮原子的高能密度材

7、料，大多會優(yōu)先生成N2。氮是一種獨特的元素，隨著兩個氮原子間成對電子的增加，但氮原子間的鍵能會越來越強(qiáng)，形成N2時，鍵能最強(qiáng)，所以氮元素的各種化學(xué)形式中，氮氣最為穩(wěn)定。因此這類高氮含量化合物的分解產(chǎn)物多半以N2為主，在釋放氮氣的過程中會同時放出大量的熱，所以富氮化合物是一種含能高的環(huán)境友好型材料。富氮HEDMs（highenergydensitymaterial）與傳統(tǒng)的TNT，RDX，HMX的含能機(jī)理幾乎完全不同。前者的能量主要來自于分子位能，而后者主要是C-C鍵被氧化時釋放能量。而CL-20，TEX，八硝基立方烷等物質(zhì)的能量又主要來源于多環(huán)結(jié)構(gòu)的張

8、力。氮原子成鍵時釋放的能量分別是：N－N單鍵平均鍵能（160kj/mol），N＝N平均鍵能（4