含氮類含能材料的研究進(jìn)展

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1、高氮含能材料簡述姓名：羅春平學(xué)號(hào)：113103000299摘要：含氮含能材料作為一種新型含能材料已受到各國的廣泛重視。四嚓、四哇和吠咱等高氮含能化合物分子結(jié)構(gòu)中含有大量N-N,C-N,N=N和C=N鍵，因而具有很高的生成焓，這是其化學(xué)潛能的主要來源川[1]。四臻、四哩和吠咱等高氮化合物由于氮、氧原子的電負(fù)性較高，這些氮雜芳環(huán)體系一般都能形成類苯結(jié)構(gòu)的大π鍵，具有鈍感、熱穩(wěn)定的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明，多數(shù)高氮化合物對靜電、摩擦和撞擊鈍感[2]。高氮化合物的高氮、低碳?xì)浜渴蛊涓菀走_(dá)到氧平衡，也使其密度較高。綜上所述，四嗓、四哇和吠咱等高氮化合

2、物具備作為新型含能材料使用的潛力[3]。關(guān)鍵詞：含氮材料、含能材料、高氮化合物、生成焓、炸藥引言：含能材料的發(fā)展大致經(jīng)歷了四個(gè)重要時(shí)期：20世紀(jì)初，以TNT為代表材料的廣泛應(yīng)用；20世紀(jì)30年代，以追求高能量為主的材料，如RDX、HMX的應(yīng)用；20世紀(jì)60年代，以追求安全性能為主的材料，如鈍感炸藥TATB的應(yīng)用；20世紀(jì)80年代至今，以實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合，尋找新型高能鈍（低）感炸藥的新階段炸藥的能量和安全性能是對立的，為了滿足能量和安全性的雙重要求，高氮化合物以其優(yōu)異的理化性能進(jìn)入了化學(xué)家們的研究視線[4]。高氮含能化合物是近年來發(fā)展起

3、來的一類具有良好應(yīng)用前景的新型含能材料，它具有高正生成熱、高熱穩(wěn)定性的特點(diǎn)。作為新型的含能材料，高氮含能化合物主要應(yīng)用于高能鈍感炸藥、小型推進(jìn)系統(tǒng)固體燃料、無煙煙火劑、氣體發(fā)生劑、無焰低溫滅火劑。LosAIamos國家實(shí)驗(yàn)室的Hiskey研究小組［1］對高氮化合物的合成以及應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究。在理論工作方面，德國慕尼黑的Ludwig-MaximiIian大學(xué)的KIapitke研究小組，國內(nèi)南京理工大學(xué)肖鶴鳴等［5］人對五元環(huán)的四唑類高氮化合物進(jìn)行了大量的理論計(jì)算研究，四川大學(xué)的田安民研究小組在氮原子簇合物［6］和三均三嗪類衍生物方面

4、也開展了很多理論研究工作。目前合成的高氮含能化合物主要是氮雜環(huán)有機(jī)化合物，以含氮量較高的六元四嗪環(huán)和五元四唑環(huán)為母體，通過連接單元并引入取代基而形成。本文按高氮化合物各組成單元的類別，對高氮化合物進(jìn)行了分類，綜述了有代表性的一些高氮含能化合物的實(shí)驗(yàn)和理論研究情況，且對其應(yīng)用進(jìn)行了簡單總結(jié)。1氮化合物的實(shí)驗(yàn)和理論研究1.1四嗪類高氮化合物有別于傳統(tǒng)的含能物質(zhì)，四嗪類高氮含能化合物普遍具有高的正生成焓，且大多不含硝基基團(tuán)，感度較低，熱穩(wěn)定性較好，分子結(jié)構(gòu)中的高氮低碳、氫含量使其更容易達(dá)到氧平衡近年來，出現(xiàn)了一系列四嗪類高氮含能化合物的合成

5、報(bào)道，四嗪類高氮含能材料的應(yīng)用幾乎涉及到低特征信號(hào)推進(jìn)劑、新型高能鈍感炸藥等含能材料的各個(gè)領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)及理論研究表明：將此類高氮含能化合物引入推進(jìn)劑配方中，能顯著降低燃溫，且主要燃燒產(chǎn)物中N：含量升高，H：O和CO：含量降低，降低了出口氣體產(chǎn)物的特征信號(hào)；將其與常見炸藥制備成混合炸藥，可明顯降低高能炸藥黑索金(RDX)等的感度或提高鈍感炸藥三氨基三硝基苯(TATB)等的能量。目前，四嗪類高氮含能材料研究主要集中在3，6．對(5．氨基四唑)一l，2，4，5．四嗪(BTATz)‘26屯71、3，3’．偶氮(6．氨基。1，2，4，5一四嗪)(

6、DAAT)及氧化物DAATO。3，6．二氨基．1，2，4，5．四嗪一1,4一二氧化物(LAX—112)、3，6．二胍基．1，2，4，5一四嗪(DGTz)和3,6．二硝基胍．1，2，4，5一四嗪(DNGTz)‘32q31等對稱均四嗪類化合物及其鹽、氧化物的合成和性能上[7]。但目前所報(bào)道的四嗪類含能化合物普遍存在著2個(gè)較大的問題：一是密度不高，一般都低于1．90g／cm3，與HMX、TATB等炸藥密度相差較大；二是含氧量太小，無法與傳統(tǒng)的含硝基基團(tuán)的炸藥相比。因此為解決上述問題，必須設(shè)計(jì)和合成出密度和氧平衡都較好的四嗪類高能量密度物質(zhì)。

7、1.1.1四嗪環(huán)四嗪環(huán)中氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68．3％，結(jié)構(gòu)上符合Hiickel規(guī)則，具有芳香性。其結(jié)構(gòu)相當(dāng)于苯環(huán)中的4個(gè)次甲基(一CH=)被4個(gè)叔胺基(一N=)取代而成的雜環(huán)化合物，叔胺基的引人使環(huán)的芳香性和堿性都增加。由于環(huán)上的丌電子云向氮轉(zhuǎn)移，碳原子的盯電子云密度降低，加之誘導(dǎo)效應(yīng)，進(jìn)一步使環(huán)上的電子云密度降低。因此，四嗪環(huán)很難發(fā)生親電取代反應(yīng)，而較易發(fā)生親核取代反應(yīng)[8]。1，2，3，4一四嗪化合物目前只有俄羅斯和美國作過少量報(bào)道，且主要是有關(guān)苯并1，2，3，4一四嗪氧化物及其衍生物的合成及性能研究。1，2，4，5。四嗪也即均四嗪(S

8、-tetrazine)，是近年來國內(nèi)外研究報(bào)道較多的一種高氮化合物。2002年，江銀枝等人[9]研究了氰基與肼的成環(huán)反應(yīng)，獲得了具有生物活性的均四嗪類化合物。2003年，Jadwiga等人[10]也發(fā)表了類似的報(bào)道，共合