为揭示含能晶体材料的组成-结构形态-感度的关系,分别从晶体结构、晶体形态、多组分晶体的组成和复合结构等方面,系统总结了不同晶体形态特征、以及测试条件和试样状态对撞击感度的影响及规律,探究了其基本原因。指出含能晶体材料的晶形、粒度、缺陷和聚集态结构等特征形态对撞击感度影响规律的认识主要还是宏观的或定性的,影响的极限程度和定量关系不清楚; 共晶、掺杂、复合等多组分复合晶体的构筑机理不清,没有建立组成和结构与感度的定性定量关系; 不同晶体特征对撞击感度的作用机制还未得到统一认识。由此,提出了从晶体结构设计、晶体颗粒形态调控、复合晶体设计与构筑等方面以进一步降低撞击感度的策略,为继续开展高能低感含能晶体的研制和应用提供指导。附参考文献128篇。

为探究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/1-甲基-3,4,5-三硝基吡唑(MTNP)共晶的成核过程,对比研究了CL-20/MTNP共晶与两种单体在乙醇中的溶解度和介稳区宽度(MSZW),并采用修正的Sangwal模型进一步分析其成核行为。结果表明,CL-20/MTNP共晶及其单体的介稳区宽度均随饱和温度(T_s)升高和冷却速率(q)降低而减小,且当q较大时,q对介稳区宽度的影响更显著; 3种物质的界面能(γ)和成核动力学因子(A)随T_s升高而减小,说明T_s的增加有利于成核; CL-20/MTNP拥有最大的γ、临界核尺寸(r_crit)和吉布斯自由能(ΔG_crit)以及最小的A,其介稳区宽度最宽,成核最困难; MTNP拥有最小的γ、r_crit和ΔG_crit以及最大的A,其介稳区宽度最窄,成核最容易,CL-20则介于两者之间。

以自制的硝酸锌共晶溶剂(nitro-DES)为硝化试剂,合成了Ag/g-C₃N₄光催化剂,在温和的非酸体系中与苯甲醚硝化反应制备得到二硝基苯甲醚(DNAN); 采用X射线粉末衍射(XRD)、紫外光漫反射光谱(UV-Vis DRS)、红外光谱(IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)与能量色散X射线(EDX)光谱等对Ag/g-C₃N₄光催化剂进行表征,并对光催化硝化制备二硝基苯甲醚(DNAN)的机理进行了预测。结果表明,以等摩尔比配制的硝酸锌与氯化胆碱可自发形成一种低熔点的透明极性溶剂,便于可见光能量的输入与传递,同时提供硝化反应的硝基来源; 贵金属的掺杂可显著提高C₃N₄的光催化活性,以氙灯模拟太阳光、反应温度为55℃、光照时间为3h,即可使90%以上苯甲醚转化为DNAN,根据自由基抑制实验,推测其中涉及氮氧自由基为中间体的硝化机理。

为了改善HMX的安全性能,将低感度的FOX-7作为二元共晶的另一组分,通过超低温辅助重结晶法制备了不同摩尔比的HMX/FOX-7纳米共晶; 采用SEM、XRD、FT-IR、DSC-TG对HMX/FOX-7纳米共晶的形貌、结构、热性能进行了表征,并对其机械感度进行了分析。结果表明,HMX/FOX-7纳米共晶主要为类球形颗粒堆叠的多孔结构,其粒径主要分布在0.1～0.5μm之间; 在HMX/FOX-7纳米共晶的形成过程中,液氮对溶液的“低温冻结”以及HMX、FOX-7分子间氢键的形成对纳米共晶的形成具有显著影响; HMX/FOX-7纳米共晶的表观热分解焓相比原料大幅上升,并随HMX含量的增加而升高; 与原料HMX相比,HMX/FOX-7纳米共晶的机械感度均大幅下降。当HMX、FOX-7的摩尔比为1:3时,HMX/FOX-7纳米共晶具有最低的机械感度,撞击感度大于45J,摩擦感度为288N。

基于硝基胍与聚乙烯醇溶液的相互作用模型(NQ-sPVA模型),采用分子动力学方法模拟了硝基胍晶面吸附不同浓度聚乙烯醇水溶液的过程,确定了聚乙烯醇水溶液的最佳工艺浓度,试制了产气药样品并测试了其燃烧性能; 依据硝基胍的理论结构与单晶衍射分析的偏差优选力场模型; 采用分子力场方法基于MAE模型计算出了聚乙烯醇水溶液与硝基胍晶面的界面能、综合界面能、硝基胍晶面的修正吸附能; 采用扫描电镜、密度测试仪分析了聚乙烯醇水溶液浓度对产气药工艺质量的影响; 采用密闭爆发器测试了产气药药片的燃烧性能。结果表明,COMPASS II力场最适用于本研究体系,计算结果偏差最小; 聚乙烯醇与水质量比1:3.75是聚乙烯醇水溶液的最佳工艺浓度,硝基胍晶体与该浓度下聚乙烯醇水溶液间的综合界面能最低为0.33kJ/(mol·Å²),后者更容易被吸附; 聚乙烯醇包覆后的硝基胍(2 2 0)、(0 4 0)、(1 1 -1)、(1 1 1)晶面的修正附着能分别为-448.99、-548.40、-553.33、-574.80kJ/mol,重结晶的硝基胍晶面生长速率偏差降低,有助于提升黏合剂包覆效果; 基于最佳聚乙烯醇溶液浓度制备的产气药颗粒表面缺陷少,压制成型的药片厚度、质量、密度一致性好,燃烧稳定性最佳。优化黏合剂工艺浓度能改善产气药工艺质量和燃烧稳定性,是一种提升工艺效果、调节燃烧性能的有效方法。

通过固体推进剂加速老化贮存试验测试了不同老化时间下推进剂的力学性能。结果表明,随着老化时间的延长,推进剂的模量、伸长率均出现降低,说明推进剂力学性能呈现劣化趋势。为了进一步揭示推进剂力学性能劣化的原因,基于溶剂法制备了CL-20/HMX共晶,开展了CL-20和HMX在硝酸酯体系下的共晶现象研究; 采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和热分析对共晶的形貌、结构、热性能进行了表征; 采用分离法从推进剂老化后表面提取出一种新的晶体,采用SEM、XRD、FTIR对新晶体结构进行验证。结果表明,CL-20与HMX在硝酸酯黏合剂中发生溶解后晶型未发生改变,高温加速老化过程中CL-20和HMX形成了共晶。

从减少外界刺激的影响和优化含能材料结构设计的角度出发,综述了单质含能材料在不同降感策略下的降感机制,具体包括缓冲、润滑、导电、吸热和绝热、改善含能材料晶体品质和增强含能分子稳定性等; 分析了多维度降感策略,如使用多功能的降感材料和耦合多种降感手段对应的综合降感机制; 提出了今后含能材料降感的发展方向:研发兼具高能和钝感特性的含能材料,研究含能材料降感机制与使用环境的关联性,以及从分子尺度建立普适性更强的定量化描述感度的模型,为设计新型高能钝感含能材料提供理论指导与技术支撑。附参考文献93篇。

为了提高杀菌高能薄膜的燃烧性能和碘含量,使用Al/Ca(IO₃)₂/30% PVDF膜(30PVDF)封装39% Al/Ca(IO₃)/(5%或10%)PVDF铝热剂(5PVDF或10PVDF)得到“三明治”结构的3、5、7和9层薄膜,并通过燃速和火焰温度测试以及DSC-TG热分析研究了铝热剂层活性及其分布结构(层数和厚度)对“三明治”结构薄膜燃烧性能和释能效应的影响规律,同时探究了薄膜各组分间的反应温度和反应机理。结果表明,封装39% 5PVDF铝热剂“三明治”结构薄膜比封装10PVDF的燃速高18%～35%,表现出更好的燃烧性能,其中5层薄膜具有最大燃速,二者分别为10.2cm/s和8.6cm/s,综合了30PVDF膜层的厚度、低燃速和膜-铝热剂层在界面的传质传热效率的影响; 并且多层薄膜的平均火焰温度随着铝热剂厚度的减小而增加。DSC-TG结果表明,Al/Ca(IO₃)₂/PVDF基多层薄膜主要在330～410℃发生Al-Ca(IO₃)₂-PVDF释碘放热反应,Ca(IO₃)₂/PVDF(质量为1.55:1)在320～350℃的剧烈放热反应和燃烧产物中的AlF₃、CaF₂、CaO等进一步证实了该反应的发生。

为了研究金属丝对固体火箭发动机药柱燃速的影响,选择6种导热性能和力学性能均较优的材料,做成细丝嵌入到HTPB推进剂内开展点火试验。分析了材料增速比与抗拉强度的关系以及压强对增速比的影响,开展了基于传热理论及燃面反算的增速比瞬态分析,对比分析了不同材料物性参数对增速比的影响。结果表明,铜银合金、银镍合金的抗拉强度是纯银的2.1倍、3.6倍,增速比分别为纯银的94%和43%,合金材料的增速比和强度更均衡; 工作平稳段平均压强从3.8MPa上升至9.1MPa时,银镍合金最大增速比从2.5提升至2.8; 高压下增速比从0升至最高3.25,随后降至2.65并趋于稳定,增速效果波动较大; 低压下基本无上升下降趋势,增速效果更稳定,与理论分析趋势吻合较好; 不同材料熔点、比热容与增速比呈负相关,与导热系数呈现正相关。

为研究某高燃速丁羟推进剂药浆在热、低速撞击刺激下的点火响应特性,制备了两种高燃速药浆(含气率分别为1.6%、0.3%)、两种丁羟推进剂(燃速分别为35mm/s和5mm/s); 利用自制加热装置、分离式霍普金森压杆(SHPB)、落锤撞击设备开展实验,借助同步热分析红外光谱联用、显微CT扫描、高速摄影等技术分析了推进剂和药浆在热、低速撞击刺激下的点火响应特性。结果表明,高燃速推进剂的热点火温度(241.6℃)显著低于药浆,药浆热点火温度呈现较小的含气率正相关性(含气率为1.6%、0.3%的药浆热点火温度分别为261.3、255.7℃); 高燃速药浆的撞击点火阈值受含气率和约束方式影响显著,在无径向约束的SHPB撞击实验里药浆点火阈值与含气率正相关(含气率为1.6%、0.3%的药浆点火阈值分别为71J和33J),即高含气率药浆不易撞击起火; 有径向约束的落锤实验药浆点火阈值与含气率负相关(含气率为1.6%、0.3%的药浆点火阈值分别为7J和9J),即高含气率药浆撞击时更易撞击起火。