高压下含能共晶结构和吸收光谱的理论研究文献综述

 2022-11-26 01:11

文献综述

引言

含能材料(Energetic Materials)是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物的化合物或混合物,可以独立地进行化学反应和输出能量[1]。高能与低灵敏度之间的矛盾关系对高能材料的研究提出了挑战。有效解决这一矛盾的可能性直接关系到这些材料的发展趋势[2,3]。为了有效地解决这一问题,近年来尝试了一些方法,如设计合理的能量公式,合成新的不敏感化合物,或使用共结晶技术。其中,共结晶技术已被认为是开发高能不敏感含能化合物的一种有效的主流方法。高能共晶的形成不仅改善了材料的性能,克服了现有高能材料的缺点,而且有助于获得意想不到的好处。目前,已经获得了一定数量的高能共晶,这创造了用高能材料调节性能的潜力[4-6]

在高能共晶中,基于CL-20的共晶是研究最深入的[7]。此外,CL-20是目前能量最强的化合物。然而,它的军事、工业和民事应用长期以来一直受到其对外部刺激的相对高度敏感性的限制。为了克服这个缺点,一些基于CL-20的新型共晶体或溶剂已经被合成,并对CL-20的性能进行了相关调整[8,9]。从分子结构的角度看,CL-20的刚性笼状结构可以通过C-C或C-N键的致密化来看作是由三个N-杂环组成。此外,CL-20由于其六个NO2基团的自由旋转而具有很高的灵活性,因此有利于共晶体[10]

共晶含能材料简介

共晶(Eutectic)的定义通常可分为两种,较为严格的定义为共晶一种多组分分子晶体,其晶格中一般具有两种或更多种不同的分子,共晶中将不同分子结合在同一晶格中的作用力为分子间共价键[11]。较为宽泛的定义是混合晶体或含有两种不同分子的晶体。

目前的共晶技术在含能材料领域的应用使其成为研究新型高能不敏感含能材料的重要

途径。

随着共晶技术的发展,科学家们试图通过共晶技术将两种单质炸药结合起来,以获得新的共晶含能材料。在形成原理方面,共晶含能材料与普通的共晶材料基本相同,分子间作用力是促使共晶形成的主要作用力,-NO2基团易与-NH2基团形成氢键,大量的-NO2基团可以极大地提高含能材料的爆炸威力,故大多数高能材料具有较多的-NO2基团,而低感度炸药大多含有-NH2基团,氢键可以将两种组分结合在同一晶格中,共晶含能材料的共晶配体至少有一种为含能材料。

共晶含能材料发展现状

国外共晶炸药发展现状

Michael L. Levinthal 等人[12]在1978 年对奥克托今进行了共晶研究,以高氯酸(AP)为共晶配体,在合适的溶剂中,进行共晶反应可以形成 HMX/AP 共晶,有效地降低了AP 的吸潮性,并且维持了一定的能量水平,保证了 HMX/AP 共晶作为火箭推进剂氧化剂的实际效果,是一种新型的固体推进剂配方。此项研究表明了,共晶可以改善作为共晶配体的单质炸药的缺点,同时尽可能保有其优点,改进了单质炸药的物化性质。

2010 年 Landenberger 等[13]合成与表征 TNT 共晶体系,该体系中除了 TNT 外的另一共晶配体主要是不含能的有机芳香族分子,发现共晶的大多数性质在两个组分之间;他们认为形成共晶的主要原因是pi;电子给体和受体之间的pi;-pi;相互作用,即在 TNT 苯环上形成

大的pi;键。 在该共晶过程中,氢键的作用相对较小,仅反映在了 TNT 和氨基苯甲酸的组合中。该研究为含能材料与非含能材料的共晶提供了共晶原理和技术参考。

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