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种能量存储材料，也就是我们所熟知的推进剂，发射药和炸药。高能材料中的化学能量的释放和存储，依赖与材料分子中化学键的断裂和生成。这类高能材料主要应用于航天推进，武器发射与炸药爆破毁伤。本文主要介绍了HEDM的研究现状和富氮类HEDM的性能特征，最后介绍了含能盐类化合物的相关情况。AbstractHighenergydensitymaterialsarematerialsusedforenergystorageandaspropellantsandexplosives.HEDMsreferstoenergeticm

2、oleculesthatstoreandreleasetheirenergyonlythroughmakingandbreakingofchenmicalbonds.Anexplosiveisdefinedasamaterialthatoninitiationundergoesachemicalreactionliberatingalargeamountofheatandsoexertingahighpressureonitssurrounding.Thispapermainlyintroducesthepresentsituationofthestu

3、dyHEDMandrichnitrogenclassHEDMperformancecharacteristics.Atlast,thepaperintroducestheenergeticcompoundscontainingsalts.HEDM性能及现状高能量密度材料是一种能量存储材料，也就是我们所熟知的推进剂，发射药和炸药高能密度材料的能量主要依靠化学计量学来表征。[1,2]例如：材料中C、H、N的元素比例，复合材料的氧平衡常数，密度，生成焓，感度（包括撞击，摩擦，冲击波，电刺激等），热安定性，酸碱稳定性，爆炸性能，环境相容性等。这些性质有些事相互

4、矛盾的，因此寻找更令人满意的高能密度材料（新配方或新物质）是一件很具有挑战性的工作。传统的由碳，氢，氧，氮等元素组成的高能物质包括：TNT，1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7,-四氮杂环辛烷（HMX），1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮杂环己烷（RDX），三氨基三硝基苯（TATB），2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷（CL-20），八硝基立方烷，4,10-二硝基-4,10-二氮杂-2,6,8,12-四氧杂异伍兹烷（TEX）。很不幸的是，大多数含硝基的高能化合物的生产过程都伴随着严重的环境污染。[3]富氮

5、类HEDM高氮含量含能材料是高能密度材料研究的一个方向，这类材料主要是为了满足未来国防和空间探索的需要。富氮类化合物的高能量储备情况与TNT或季戊四醇四硝酸酯（PETN）等不同，传统的含能材料主要是依靠反应时，分子内的C，O原子的自氧化作用，但是富氮化合物的能量主要来源于该化合物的高生产焓，也就是依靠物质本身的结构的高能状态。而不像传统炸药依靠的是生成产物的负生成能（水和二氧化碳等物质都是负生成焓）。富氮化合物也被作为很好的配体应用于配位化学，合成了多种功能的配合物，如新型起爆药，新型光学性能材料等。[4,5]富氮类化合物中含有大量的C-N和N-N键，

6、所以才会有很高的分子位能和生成焓。这类物质一般会对放电及摩擦，撞击等作用钝感。三唑，四唑，三嗪等有机富氮结构常常是这类化合物的基本结构。偶氮三唑（ABTr）[6]，一硝胺基二叠氮基三嗪（NADAT）[7]，二氨基四唑（DAT）[8]，对二肼基四嗪（DHT）[9]，四叠氮基甲烷（TAM）[10]等都是最新的一些应用于含能材料的富氮化合物。这些物质中碳氢元素的比例很低，氮含量最高的高达90%，这样的分子特性有以下的一些好的性质：（Ⅰ）高密度；（Ⅱ）可以轻易的获得较高的氧平衡；（Ⅲ）每克药在燃烧或爆炸时能产生更大量的气体分子。结构中含有相邻氮原子的高能密度材

7、料，大多会优先生成N2。氮是一种独特的元素，随着两个氮原子间成对电子的增加，但氮原子间的键能会越来越强，形成N2时，键能最强，所以氮元素的各种化学形式中，氮气最为稳定。因此这类高氮含量化合物的分解产物多半以N2为主，在释放氮气的过程中会同时放出大量的热，所以富氮化合物是一种含能高的环境友好型材料。富氮HEDMs（highenergydensitymaterial）与传统的TNT，RDX，HMX的含能机理几乎完全不同。前者的能量主要来自于分子位能，而后者主要是C-C键被氧化时释放能量。而CL-20，TEX，八硝基立方烷等物质的能量又主要来源于多环结构的张

8、力。氮原子成键时释放的能量分别是：N－N单键平均键能（160kj/mol），N＝N平均键能（4