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NTO·(3,5-DATr)含能离子盐和NTO/IMZ含能共晶的制备、晶体结构及性能

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含能材料 2022年第2期30卷 111-120页

作者：毕玉帆陆祖嘉董文帅曹文丽张建国北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为改善钝感炸药3‑硝基‑1,2,4‑三唑‑5‑酮(NTO)的酸性,将NTO分别与3,5‑二氨基‑1,2,4‑三唑(3,5‑DATr)、咪唑(IMZ)反应,制备得到了NTO·(3,5‑DATr)含能离子盐(Ⅰ)和NTO/IMZ含能共晶(Ⅱ)。通过溶剂挥发法培养得到了单晶,利用X‑射线单晶衍射... 详细信息

为改善钝感炸药3‑硝基‑1,2,4‑三唑‑5‑酮(NTO)的酸性,将NTO分别与3,5‑二氨基‑1,2,4‑三唑(3,5‑DATr)、咪唑(IMZ)反应,制备得到了NTO·(3,5‑DATr)含能离子盐(Ⅰ)和NTO/IMZ含能共晶(Ⅱ)。通过溶剂挥发法培养得到了单晶,利用X‑射线单晶衍射仪确定了其晶体结构。晶体Ⅰ属于单斜晶系,空间群为P21/c,Mr=229.19,晶胞参数a=3.5687(7)Å,b=17.245(3)Å,c=14.655(3)Å,β=93.79(3),V=899.9(3)Å^(3),Z=4,D_(c)=1.692 g·cm^(-3);晶体Ⅱ属于正交晶系,空间群为Pbcn,Mr=207.17,晶胞参数a=16.9398(16)Å,b=5.6802(5)Å,c=17.9111(19)Å,V=1723.4(3)Å^(3),Z=4,D_(c)=1.597 g·cm^(-3)。采用差示扫描量热法(DSC)和热失重法(TG)研究了其热分解行为,结果表明二者均具有良好的热稳定性。运用Gaussian 09程序对化合物结构进行优化并计算其生成焓,用EXPLO 5软件对二者的爆速和爆压进行了评估(Ⅰ:D=7662.3 m·s^(-1),p=21.0 GPa;Ⅱ:D=6490.2 m·s^(-1),p=14.6 GPa)。采用BAM方法测试了其机械感度,结果表明,二者均对撞击和摩擦钝感(IS>40 J,FS>360 N)。利用pH计测试了化合物标样的pH值,在0.01 mol·L^(-1)的标准溶液中NTO,Ⅰ和Ⅱ的pH值分别为2.92(22.8℃),4.10(22.7℃),4.98(22.8℃),表明盐和共晶的形成在一定程度上改善了NTO的酸性。

关键词： 3‑硝基‑1,2,4‑三唑‑5‑酮(NTO) 含能离子盐含能共晶晶体结构

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含能共晶堆积结构的理论研究

含能材料 2015年第9期23卷 848-857页

作者：张安帮曹耀峰马宇朱元强张朝阳西南石油大学化学化工学院四川成都610500 中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621999

采用Hirshfeld面、指纹图的方法,从密度、堆积系数、分子间相互作用的相对贡献方面,研究了已报道的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、环四甲撑四硝胺(HMX)、苯并三呋咱氮氧化物(BTF)及2,4,6-三硝基甲苯(TNT)基含能共晶的堆积结构。结果发现... 详细信息

采用Hirshfeld面、指纹图的方法,从密度、堆积系数、分子间相互作用的相对贡献方面,研究了已报道的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、环四甲撑四硝胺(HMX)、苯并三呋咱氮氧化物(BTF)及2,4,6-三硝基甲苯(TNT)基含能共晶的堆积结构。结果发现,绝大部分含能共晶的堆积系数处于两组分之间。不同含能共晶中的相同含能分子与周围分子间相互作用的方向和大小不同。CL-20共晶中O…H、O…O作用所占比例之和大于70%,说明它们是晶体稳定的主导作用。HMX共晶中O…H作用所占比例大于50%,说明弱氢键占主导地位。与CL-20共晶和HMX共晶相比,BTF和TNT共晶中,C…O和C…C作用占较高比例,说明π堆积作用明显。

关键词：含能共晶堆积系数 Hirshfeld面指纹图

定常冲击波作用下六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/奥克托今(HMX)含能共晶初始分解机理研究

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物理化学学报 2019年第8期35卷 858-867页

作者：刘海李毅马兆侠周智炫李俊玲何远航中国空气动力研究与发展中心超高速碰撞研究中心四川绵阳621000 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

采用ReaxFF分子动力学方法同时结合多尺度冲击技术(MSST)模拟了4–10 km×s-1定常冲击波加载下含能共晶CL-20/HMX沿不同晶格矢量的初始物理化学响应。获得了系统温度、压力、密度以及粒子速度的时间演化路径,以及初始分解路径,最终稳定... 详细信息

采用ReaxFF分子动力学方法同时结合多尺度冲击技术(MSST)模拟了4–10 km×s-1定常冲击波加载下含能共晶CL-20/HMX沿不同晶格矢量的初始物理化学响应。获得了系统温度、压力、密度以及粒子速度的时间演化路径,以及初始分解路径,最终稳定反应产物和冲击雨贡纽等。研究结果表明:冲击波入射至含能共晶后,物理上依次经历诱导期、快压缩、慢压缩以及膨胀过程。快压缩和慢压缩过程分别对应反应物的快分解和慢分解。采用指数函数对反应物的衰减曲线进行拟合,并比较了共晶中反应物的衰减速率。整体上,随着冲击波速度的增加,反应物响应的时间逐渐提前,并且,冲击波沿各晶格矢量入射后,共晶中CL-20分子分解的响应时间均早于HMX。CL-20快分解阶段的衰减速率最高,HMX快分解的衰减速率居其次。相对于快分解阶段,慢分解阶段各反应物的衰减速率差异较小。含能共晶的初始反应路径是CL-20聚合形成二聚体,而冲击诱导共晶分解的初始反应路径是CL-20中N-NO2键断裂形成NO2。随后产生N2O,NO,HONO,OH,H等中间小分子。最终稳定产物是N2,H2O,CO2,CO和H2。晶格矢量b,c方向冲击感度相同,低于晶格矢量a方向的感度。冲击诱导共晶中CL-20和HMX分解的最小冲击波速度(us)分别为6 km×s-1和7 km×s-1。采用冲击雨贡纽关系计算得到沿晶格矢量a,b,c冲击诱导CL-20/HMX共晶起爆的压力分别为16.52 GPa,17.41 GPa和17.41 GPa。爆轰压力范围介于36.75 GPa–47.43 GPa。

关键词：定常冲击波含能共晶反应力场分子动力学冲击诱导分解

含能共晶的分子间作用力、性质规律及设计方法

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兵器装备工程学报 2021年第5期42卷 7-13页

作者：程彦飞耶金杨娜王煜马海霞郭兆琦西北大学化工学院西安710069

为了给含能共晶的设计和制备提供参考,按照共晶前驱体的类别,分别综述了形成含能共晶的分子间作用力,感度和爆轰性能等性质。总结了含能共晶前驱体的结构特点、性质规律以及指导含能共晶设计的理论方法。得出结论:氢键是含能共晶形成的... 详细信息

为了给含能共晶的设计和制备提供参考,按照共晶前驱体的类别,分别综述了形成含能共晶的分子间作用力,感度和爆轰性能等性质。总结了含能共晶前驱体的结构特点、性质规律以及指导含能共晶设计的理论方法。得出结论:氢键是含能共晶形成的主要驱动力,共晶前驱体分子中应当同时具有作为氢键的给体和受体官能团。π-π作用以及极性-π作用也是非常重要的分子间作用力,前驱体同时具有氢键给体/受体以及芳香环,则形成共晶的几率更高。对含能共晶的性质分析结果表明,共晶的密度、感度和爆轰性能大多都介于2个前驱体的相应性质之间。pKa值法和静电势能法是快速筛选共晶的两种方法,能够指导含能共晶的设计。

关键词：含能共晶分子间作用性质规律共晶设计含能材料

冲击诱导CL-20/TNT含能共晶初始分解机制

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兵器装备工程学报 2019年第6期40卷 186-191页

作者：刘海李毅陈鸿马兆侠周智炫中国空气动力研究与发展中心超高速碰撞研究中心

采用ReaxFF反应力场分子动力学方法,同时结合活塞加载模拟了0.8~4.0 km/s撞击速度下CL-20/TNT含能共晶的物理化学过程。冲击波入射至CL-20/TNT共晶中,随着冲击波强度的增加,初始反应路径主要分为3种:当u p=0.8 km/s,冲击压缩作用下CL-2... 详细信息

采用ReaxFF反应力场分子动力学方法,同时结合活塞加载模拟了0.8~4.0 km/s撞击速度下CL-20/TNT含能共晶的物理化学过程。冲击波入射至CL-20/TNT共晶中,随着冲击波强度的增加,初始反应路径主要分为3种:当u p=0.8 km/s,冲击压缩作用下CL-20聚合形成二聚体,无CL-20和TNT分解;当u p介于1.0~2.0 km/s,CL-20聚合和分解同时存在,并且聚合和分解的程度随着冲击波强度的增加而增加,但聚合过程占主导;当压缩区压力高于爆轰压力后,冲击引发CL-20/TNT共晶直接分解占主导作用,NO 2的数量明显增多并快速增加,而二聚体的数量逐渐减少。冲击引发CL-20/TNT共晶反应起爆的初始分解路径为CL-20中N-NO2键的断裂,另外,采用冲击雨贡纽关系计算得到CL-20/TNT共晶冲击起爆压力为11.15 GPa。CO2,N2,H2O为支撑能量释放的主要产物,并且,N2首先形成,H2O和CO2随后产生。

关键词：含能共晶反应力场冲击波分子动力学分解机制

CL-20/MTNP含能共晶结晶热力学与相图研究

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CL-20/MTNP含能共晶结晶热力学与相图研究

作者：唐璐钖中北大学

学位级别：硕士

以六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW,俗称CL-20)为主体分子的含能共晶炸药近年来正不断被研究报道,然而其中大部分的研究都集中于共晶分子形成机理模拟、分子设计、制备和相关性能表征等内容上,无法为CL-20基共晶及其他含能共晶的工程化扩大... 详细信息

以六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW,俗称CL-20)为主体分子的含能共晶炸药近年来正不断被研究报道,然而其中大部分的研究都集中于共晶分子形成机理模拟、分子设计、制备和相关性能表征等内容上,无法为CL-20基共晶及其他含能共晶的工程化扩大或高纯度制备提供系统的方法和理论指导。因此本文以近年来报道的CL-20/MTNP共晶为研究对象,探究了其溶解度、溶液络合作用等与结晶有关的热力学内容,并在此基础上研究了溶解度相图与三元相图的绘制,以相图来指导和改善共晶在结晶工艺操作。其主要内容如下:(1)使用降温结晶法制备CL-20/MTNP共晶,X-射线粉末衍射仪和差示扫描热量仪对其进行表征和热性能分析;应用高效液相色谱分析测定共晶及其单组份在五种有机溶剂中的溶解度。并结合溶解度经典数学模型拟合其溶解度曲线,计算溶解过程中的溶解熵与溶解焓。(2)探究CL-20/MTNP共晶在308.15K时乙醇、乙酸乙酯和乙腈中的溶液络合作用,测量其溶度常数与络合常数,计算络合模型的线性回归方程。(3)探究共晶的共晶点常数实验测定方法与理论计算,用HPLC法测定其实验值后与在溶解度基础上计算出的共晶点理论值对比。在溶解度数据、溶液络合参数与共晶点常数的基础上,构建溶解度相图。(4)结合共晶及其单组份的溶解度构建三元相图,构建CL-20/MTNP共晶在乙醇、乙酸乙酯和乙腈中308.15K时的三元相图,确定单相区及共晶区,为共晶扩大制备提供方法指导和理论依据。

关键词：含能共晶结晶热力学溶解度相图

热和冲击波耦合作用下CL-20/TNT共晶响应的分子动力学模拟

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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火炸药学报 2022年第4期45卷 486-493页

作者：李岩余文力黄璜李彪海军工程大学核科学技术学院湖北武汉430033 火箭军工程大学核工程学院陕西西安710025

为了进一步认识多重外界刺激共同作用下含能共晶的响应机理,采用基于反应力场ReaxFF的分子动力学方法结合多尺度冲击技术(MSST),研究了热和冲击波耦合作用下CL-20/TNT共晶冲击响应机理;构建了常温CL-20/TNT共晶模型以及两个预加热CL-20/... 详细信息

为了进一步认识多重外界刺激共同作用下含能共晶的响应机理,采用基于反应力场ReaxFF的分子动力学方法结合多尺度冲击技术(MSST),研究了热和冲击波耦合作用下CL-20/TNT共晶冲击响应机理;构建了常温CL-20/TNT共晶模型以及两个预加热CL-20/TNT共晶模型,以速度为5~9km/s的冲击波作用于常温及预加热共晶模型;对温度变化、反应物衰减、产物生成、团簇演化等方面进行了对比分析。结果表明,预加热作用能够使得系统被更大程度地压缩,导致系统获得更高的温度,从而让反应物衰减速率更快,6km/s的冲击波作用下,50ps时未经预热的常温系统CL-20剩余98%,经500K温度预加热的系统CL-20剩余73%,经800K温度预加热的系统CL-20剩余27%,并使得系统在反应初期生成的产物种类更加丰富、数量更多。从团簇演化情况可以发现,预加热能够使得系统各个演化阶段更早出现。表明预加热能够增加冲击波对含能共晶的作用强度,这种增加作用在低速冲击波加载时更加明显。

关键词：分子动力学含能共晶 ReaxFF力场 CL-20/TNT共晶多尺度冲击

4H⁃[1,2,3]氧化三唑并[4,5⁃c]呋咱羟胺盐/胺盐及共晶的制备与表征

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含能材料 2022年第8期30卷 764-770页

作者：马英杰慕萍颜焱任晓婷燕超何金选航天化学动力技术重点实验室湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003

以3,4‑二氨基呋咱为起始原料,通过硝化、环化、成盐反应合成了4H‑[1,2,3]氧化三唑并[4,5‑c]呋咱(TODO)的羟胺盐及铵盐。采用蒸发溶剂法制备出TODO羟胺盐(HATODO)与TODO铵盐(ATODO)共晶化合物,通过单晶X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和... 详细信息

以3,4‑二氨基呋咱为起始原料,通过硝化、环化、成盐反应合成了4H‑[1,2,3]氧化三唑并[4,5‑c]呋咱(TODO)的羟胺盐及铵盐。采用蒸发溶剂法制备出TODO羟胺盐(HATODO)与TODO铵盐(ATODO)共晶化合物,通过单晶X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和核磁分析对该化合物的结构进行了表征。采用热重‑差示扫描量热仪研究了其热稳定性,依据GJB772A-97方法测试了感度。采用Explo5V6.0对其爆轰性能进行了预测。结果表明:HATODO/ATODO共晶晶体为单斜晶系,P2_(1)/c空间群,晶体学参数为:a=8.5202(3)Å,b=10.3870(4)Å,c=13.4481(4)Å,α=90°,β=102.0510(10)°,γ=90°,V=1163.92(7)Å3,Z=4。该共晶主要依靠N^(+)─O^(-)…H型氢键作用和N─H氢键作用形成。TODO羟胺盐的分解温度为147.9℃,TODO胺盐的分解温度为167.4℃,HATODO/ATODO共晶的起始分解温度为151.2℃,撞击感度为92%,摩擦感度为76%,静电感度为129.7 mJ,计算爆速为8462 m·s^(-1),计算爆压为32.07 GPa。

关键词：含能共晶晶体结构 4H‑氧化三唑并[4,5‑c]呋咱合成

TKX-55与二氧六环热解机理的分子动力学

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含能材料 2022年第1期30卷 20-33页

作者：霍星宇苟瑞君张朝阳中北大学环境与安全工程学院山西太原030051 中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621999

为探究含能共晶TKX-55的热解机制及溶剂组分二氧六环(1,4-Dioxane,DIO)对含能组分5,5′-双(2,4,6-三硝基苯基)-2,2′-双(1,3,4-噁二唑)(BTNPBO)热解的影响,基于反应力场(ReaxFF-lg,Reactive Force Field-Low Gradients)开展了TKX-55和纯溶剂组分DIO的分子动力学模拟研究。结果表明,TKX-55的初始分解反应包括了含能分子的二聚反应、含能组分和溶剂组分之间的氢转移、含能组分中1,3,4-噁二唑的开环反应以及硝基解离。二聚反应为后续团簇的快速生长提供了条件,团簇的大量生成限制了热量的释放和稳定小分子产物的释放,这是TKX-55高耐热性的本质原因。纯溶剂组分体系低温下放热量较小,且不易形成团簇,在较高温度下放热量以及团簇的体积和数量明显增加。DIO分子在TKX-55中的主要作用是吸附活性小分子产物(如OH、NO、NO_(2)等),间接抑制BTNPBO的分解进程。

关键词：耐热含能材料含能共晶热分解分子动力学团簇