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Synthesis of black phosphorus structured polymeric nitrogen

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Chinese Physics B 2020年第10期29卷 406-410页

作者： Ying Liu Haipeng Su caoping niu Xianlong Wang Junran Zhang Zhongxue Ge Yanchun Li Xi'an Modern Chemistry Research Institute Xi'an 710065China Key Laboratory of Materials Physics Institute of Solid State PhysicsHFIPSChinese Academy of SciencesHefei 230031China University of Science and Technology of China Hefei 230026China Institute of High Energy Physics Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China

Since the discoveries of polymeric nitrogen, named cg-N (2004), LP-N (2014), HLP-N (2019), another polymorph named black phosphorus nitrogen (BP-N) was synthesized at high-pressure-high-temperature conditions. The narrow existing pressure region and similar synthesized pressure of BP-N compared with cg-N indicate that the stable energy and enthalpy of formation of these two structures are close to each other, which was confirmed by our theoretical calculation. In order to obtain the pressure region of BP-N phase, pure N2 and TiN/Pb + N2 precursors were used for laser-heating high pressure experiments in diamond anvil cell (DAC), and the phase identity was examined by Raman and XRD mapping. BP-N can be synthesized in the pressure range of 130 GPa to 140 GPa with the assistance of heating absorber. With the decrease of the pressure, BP-N can be quenched to ~ 40 GPa. The synthesizing pressure–temperature and the stable pressure region of BP-N are important for further exploration of BP-N and its kinetic and thermal dynamic relationship with other polymeric nitrogen, especially cg-N.

关键词： high pressure and high temperature energetic materials polymeric nitrogen diamond anvil cell

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PBT基少烟推进剂配方性能研究

固体火箭技术 2021年第1期44卷 69-74页

作者：张习龙甘露邓安华牛草坪庄容湖北三江航天江河化工科技有限公司远安444200

针对固体火箭发动机用高能量、低特征信号推进剂发展需求,以3,3-二叠氮甲基氧丁烷与四氢呋喃共聚醚(PBT)为粘合剂、双(2,2-二硝基丙醇)缩甲醛和双(2,2-二硝基丙醇)缩乙醛等质量比的混合物(A3)为增塑剂,采用降低推进剂配方中铝粉(Al)含... 详细信息

针对固体火箭发动机用高能量、低特征信号推进剂发展需求,以3,3-二叠氮甲基氧丁烷与四氢呋喃共聚醚(PBT)为粘合剂、双(2,2-二硝基丙醇)缩甲醛和双(2,2-二硝基丙醇)缩乙醛等质量比的混合物(A3)为增塑剂,采用降低推进剂配方中铝粉(Al)含量、用奥克托金(HMX)部分取代氧化剂等方式,开展了PBT基少烟推进剂配方工艺性能、力学性能、燃烧性能、烟雾特性以及能量性能研究。结果表明,PBT少烟推进剂的药浆粘度低、工艺性能良好,当固化参数为1.30,键合剂用量为0.30%时,推进剂的高温抗拉强度为0.511 MPa,常温、高温、低温伸长率均大于40%,推进剂在3~11 MPa的静态燃速压强指数为0.408,可见光透过率、红外透过率和激光透过率均大于70%,6.86 MPa下实测比冲为250.4 s,比冲效率为95.9%。

关键词： PBT 少烟推进剂力学性能燃烧性能烟雾特性

Route to Stabilize Cubic Gauche Polynitrogen to Ambient Conditions via Surface Saturation by Hydrogen

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Chinese Physics Letters 2023年第8期40卷 36-40页

作者：陈果牛草萍夏文明张洁曾雉王贤龙 Key Laboratory of Materials Physics Institute of Solid State PhysicsHFIPSChinese Academy of SciencesHefei 230031China University of Science and Technology of China Hefei 230026China

Cubic gauche polynitrogen(cg-N)is an attractive high-energy density ***,high-pressure synthesized cg-N will decompose at low pressure and cannot exist under ambient ***,the stabilities of cg-N surfaces with and without saturations at different pressures and temperatures are systematically investigated based on first-principles calculations and molecular dynamics *** surfaces at 0 GPa are very brittle and will decompose at 300 K,especially(110)surface will collapse completely just after structural relaxation,whereas the decompositions of surfaces can be suppressed by applying pressure,indicating that surface instability causes the cg-N decomposition at low *** to the saturation of dangling bonds and transferring electrons to the surfaces,saturation with H can stabilize surfaces under ambient conditions,while it is impossible for OH saturation to occur solely from obtaining electrons from *** suggests that polynitrogen is more stable in an acidic environment or when the surface is saturated with less electronegative adsorbates.

关键词： saturation ambient attractive

BDNPF/A增塑PET推进剂界面组分迁移及影响

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固体火箭技术 2022年第3期45卷 392-398页

作者：王晓倩李洋胡晓亮喻尧张习龙牛草坪湖北三江航天江河化工科技有限公司宜昌444200

针对双(2,2-二硝基丙基)缩甲醛/缩乙醛(BDNPF/A)增塑的端羟基四氢呋喃-环氧乙烷共聚醚(PET)推进剂/衬层粘接体系,采用分子动力学模拟和高效液相色谱法,研究关键组分在界面层的迁移规律,并考察其对粘接性能的影响。结果表明,固化温度对... 详细信息

针对双(2,2-二硝基丙基)缩甲醛/缩乙醛(BDNPF/A)增塑的端羟基四氢呋喃-环氧乙烷共聚醚(PET)推进剂/衬层粘接体系,采用分子动力学模拟和高效液相色谱法,研究关键组分在界面层的迁移规律,并考察其对粘接性能的影响。结果表明,固化温度对固化催化剂三苯基铋(TPB)的扩散速率影响显著,随着固化温度的提升,TPB的扩散速率呈数量级增加;BDNPF/A增塑剂中BDNPA在高温下扩散速率明显加快,BDNPF的扩散速率受温度影响较小,BDNPA对PET/端羟基聚丁二烯(HTPB)界面层的固化形成过程影响比BDNPF大;PET/HTPB界面层形成后,甲苯二异氰酸酯(TDI)扩散缓慢,提高TDI用量或增加固化时间有助于界面层扩展;当固化温度为343 K、固化参数为1.6、固化时间为5 d时,界面层中BDNPF/A增塑剂含量下降至0.1%,界面粘接强度提升至0.95 MPa。

关键词： PET推进剂 BDNPF/A增塑剂界面粘接迁移分子动力学模拟

含微米级铝粉丁羟推进剂燃烧效率影响因素研究

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固体火箭技术 2021年第4期44卷 466-472页

作者：刘佳程山李洋牛草坪刘松华李小英孙丽娜湖北三江航天江河化工科技有限公司宜昌444200

理论计算丁羟推进剂组分对凝聚相产物的影响,利用充氮气密闭装置收集含微米级铝粉丁羟推进剂燃烧残渣,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分别对残渣形貌及物相分析,并采用激光粒度仪测试燃烧产物平均粒径,研究铝粉粒度及含量、燃速催... 详细信息

理论计算丁羟推进剂组分对凝聚相产物的影响,利用充氮气密闭装置收集含微米级铝粉丁羟推进剂燃烧残渣,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分别对残渣形貌及物相分析,并采用激光粒度仪测试燃烧产物平均粒径,研究铝粉粒度及含量、燃速催化剂含量、氧化剂级配等因素对微米级铝粉在推进剂燃烧过程团聚及燃烧效率影响。结果表明,丁羟推进剂理论生成凝聚相产物随铝粉含量增加而增加,随燃速催化剂含量增加而降低;当推进剂中铝粉含量由18%降至6%,推进剂燃烧残渣团聚颗粒尺寸由112.58μm降至79.03μm,残渣中单质铝相对含量由10.6%降至1.4%,铝粉燃烧效率由82.1%提高至97.1%;铝粉粒度由14μm增加至34μm,推进剂燃烧残渣团聚尺寸从65.24μm增加至92.14μm,推进剂燃烧残渣中单质铝相对含量由2.4%增加至5.1%,铝粉燃烧效率由95.0%降至89.5%;燃速催化剂含量由0.5%增加至2.0%,推进剂燃烧残渣团聚颗粒平均尺寸由112.56μm下降至70.12μm,残渣中单质铝含量由5.1%降至3.5%,铝粉燃烧效率由90.3%增加至93.3%;当粗粒径AP与细粒径AP比例由9∶1降至9∶4时,推进剂燃烧残渣团聚颗粒尺寸由234.21μm降至87.16μm,残渣中单质铝相对含量由8.9%降至2.9%,铝粉燃烧效率由84.4%提高至94.7%。

关键词： HTPB推进剂微米级铝粉燃烧效率团聚尺寸

DNPH和BDNPF/A复合增塑PET推进剂低温力学性能研究

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固体火箭技术 2020年第6期43卷 695-700页

作者：王晓倩甘露张习龙邓安华牛草坪胡晓亮李洋湖北三江航天江河化工科技有限公司宜昌444200

针对双(2,2-二硝基丙基)缩乙醛/缩甲醛(BDNPF/A)增塑的端羟基四氢呋喃-环氧乙烷无规共聚醚(PET)推进剂存在玻璃化转变温度(T g)高和低温力学性能差的问题,采用2,2-二硝基丙醇正己酸酯(DNPH)增塑剂和BDNPF/A复合增塑,研究了增塑剂复配比... 详细信息

针对双(2,2-二硝基丙基)缩乙醛/缩甲醛(BDNPF/A)增塑的端羟基四氢呋喃-环氧乙烷无规共聚醚(PET)推进剂存在玻璃化转变温度(T g)高和低温力学性能差的问题,采用2,2-二硝基丙醇正己酸酯(DNPH)增塑剂和BDNPF/A复合增塑,研究了增塑剂复配比例和增塑比对PET弹性体和推进剂玻璃化转变温度、PET推进剂力学性能的影响。结果表明,DNPH和BDNPF/A按照质量比1∶1复配时,PET弹性体的T g由-71.2℃下降至-83.1℃,PET推进剂的T g由-53.1℃下降至-67.1℃,推进剂低温(-55℃)的最大抗拉强度由6.020 MPa下降至3.393 MPa,最大伸长率由5.4%提升至58.2%;随着增塑比的增加,推进剂低温最大抗拉强度降低;当增塑比为1.5~2.0时,通过调整固化参数,推进剂的低温最大抗拉强度为3.0~3.5 MPa,最大伸长率大于50%。

关键词： DNPH BDNPF/A PET推进剂玻璃化转变温度低温力学性能

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3D打印技术制备固体推进剂研究进展

化学推进剂与高分子材料 2020年第1期18卷 24-29页

作者：张习龙刘苗娥喻尧牛草坪朱自强湖北三江航天江河化工科技有限公司

概述了现有固体推进剂成型工艺,指出了3D打印固体推进剂的特点,综述了含能材料3D打印的应用研究现状,重点介绍了适于固体推进剂3D打印成型的材料与工艺,针对固体推进剂3D打印成型存在的困难,提出了可能的解决方法,认为3D打印技术制备复... 详细信息

概述了现有固体推进剂成型工艺,指出了3D打印固体推进剂的特点,综述了含能材料3D打印的应用研究现状,重点介绍了适于固体推进剂3D打印成型的材料与工艺,针对固体推进剂3D打印成型存在的困难,提出了可能的解决方法,认为3D打印技术制备复杂结构固体推进剂药柱是一个发展方向。

关键词： 3D打印含能材料固体推进剂熔融沉积成型光固化立体成型

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PET燃气发生剂燃烧性能的研究

化学推进剂与高分子材料 2023年第1期21卷 40-43页

作者：文灿刘佳杨波张业栋孙菲牛草坪湖北三江航天江河化工科技有限公司湖北远安444200

采用水下声发射测燃速的方式,考察GFP[2,2-双(乙基二茂铁)丙烷]、RS-1026(乙基二茂铁类衍生物)、Cr_(2)O_(3)(三氧化二铬)3种燃速催化剂对PET(环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚)燃气发生剂燃速、压强指数、点火性能的影响。通过差示扫描量热仪... 详细信息

采用水下声发射测燃速的方式,考察GFP[2,2-双(乙基二茂铁)丙烷]、RS-1026(乙基二茂铁类衍生物)、Cr_(2)O_(3)(三氧化二铬)3种燃速催化剂对PET(环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚)燃气发生剂燃速、压强指数、点火性能的影响。通过差示扫描量热仪研究上述3种催化剂对PET燃气发生剂中的AP(高氯酸铵)、DHG(二羟基乙二肟)热分解性能的影响,来进一步分析催化剂的影响机理。结果表明:GFP、RS-1026、Cr_(2)O_(3)3种燃速催化剂都有利于AP分解反应的发生;GFP、RS-1026有利于DHG分解反应的发生。在3~10 MPa,GFP降低压强指数效果最好,且随GFP用量增加,燃速逐渐增加,压强指数逐渐降低。

关键词： PET 燃气发生剂燃速压强指数

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PET燃气发生剂常温力学性能的研究

化学推进剂与高分子材料 2022年第6期20卷 46-49页

作者：文灿刘佳杨波龚文明李小英牛草坪湖北三江航天江河化工科技有限公司湖北远安444200

采用单向拉伸测拉伸强度、延伸率的方式,考察增塑剂的种类、用量,键合剂的种类、用量,细氧化剂含量,固化参数等对环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚(PET)燃气发生剂常温力学性能的影响。结果表明:乙酰柠檬酸三丁酯增塑的燃气发生剂力学性能最佳,... 详细信息

采用单向拉伸测拉伸强度、延伸率的方式,考察增塑剂的种类、用量,键合剂的种类、用量,细氧化剂含量,固化参数等对环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚(PET)燃气发生剂常温力学性能的影响。结果表明:乙酰柠檬酸三丁酯增塑的燃气发生剂力学性能最佳,随增塑剂用量的增加,燃气发生剂的拉伸强度逐渐减小,延伸率逐渐增大;使用BA-8(氮丙啶类)键合剂的燃气发生剂力学性能最优,随键合剂用量的增加,燃气发生剂的拉伸强度先增大后减小,延伸率先减小后增大;在含能固体含量不变的情况下,随细氧化剂含量的增加,燃气发生剂的拉伸强度增大,延伸率减小;固化参数从0.75到1.65,燃气发生剂的拉伸强度先增大后减小,延伸率先减小后增大,当固化参数取1.2时,燃气发生剂的拉伸强度增至最大(1.33 MPa),延伸率降至最低(84.2%)。

关键词： PET 燃气发生剂拉伸强度延伸率常温力学性能