氘化对TATP结构和热行为的影响

为了研究氘化对三过氧化三丙酮（TATP）化学键振动性质以及热分解行为的影响,分别以丙酮和丙酮-d₆为原料,过氧化氢为氧化剂,硫酸为催化剂,制备了TATP和氘代三过氧化三丙酮（TATP-d₁₈）。采用核磁共振波谱、傅里叶变换红外光谱和差示扫描量热法对TATP和TATP-d₁₈进行表征,使用Kissinger法、Ozawa法和Friedman法计算得到了TATP和TATP-d₁₈的非等温反应动力学参数。结果表明,TATP-d₁₈分子中各化学键的振动频率相比于TATP表现出不同程度的红移现象,C—H（D）键伸缩振动频率之比（ν_C—H/ν_C—D）约为1.36;由Kissinger法、Ozawa法和Friedman法所得TATP-d₁₈的表观活化能（E_K=80.54 kJ·mol^-1,E_O=83.56 kJ·mol^-1,E_F=72.27 kJ·mol^-1）均高于这3种方法计算得到的TATP的表观活化能（E_K=67.91 kJ·mol^-1,E_O=71.01 kJ·mol^-1,E_F=63.79 kJ·mol^-1）,这表明TATP-d₁₈具有更高的热稳定性;计算所得的TATP与TATP-d₁₈的热爆炸临界温度分别为402.37 K和423.46 K,这也证实了TATP-d₁₈具有更高的热稳定性;计算得到了TATP和TATP-d₁₈的非等温分解过程热力学参数,证明了TATP和TATP-d₁₈不会自发发生热爆炸。     

紫外分光光度计法测定硝化纤维素含氮量

为发展绿色无毒、操作简单且结果准确的NC含氮量测量方法,基于硝化纤维素（NC）在碱液中水解后产生的亚硝酸根（NO₂^-）与硝酸根（NO₃^-）的摩尔比与NC含氮量之间的线性关系,采用紫外分光光度计法分析了NC含氮量。在相同的反应条件下水解5种已知含氮量的NC标品,通过紫外分光光度计测定了水解液中的NO₂^-和NO₃^-含量,对测量体系的反应条件进行了优化;通过最小二乘法确定NO₂^-和NO₃^-的摩尔比（y）与NC标品含氮量（x）之间的线性关系;最后用3种验证用NC样品对此法进行验证。结果表明,通过紫外分光光度计可同时测定碱解液中NO₂^-和NO₃^-的含量,其最佳反应条件为：氨基磺酸浓度为20 g·L^-1,反应时间为30 min;在最佳反应条件下得到了R²为0.9893的y与x间的线性关系式;验证结果表明,采用紫外分光光度计法得到的含氮量与实际含氮量非常吻合,相对标准偏差RSD（n=4）均小于0.150%。     

硅烷偶联剂改性α-AlH3材料的制备及其与HMX和CL-20的相容性

为提高α-AlH₃与HMX和CL-20的相容性,选用带有不同有机官能团的硅烷偶联剂对α-AlH₃进行包覆改性。通过X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FT-IR）、X光电子能谱（XPS）和扫描电镜（SEM）对包覆改性前后α-AlH₃的结构和形貌进行表征,并考察α-AlH₃和改性后所得材料分别与HMX和CL-20的相容性。结果表明：硅烷偶联剂在不改变α-AlH₃本体结构的基础上,可在其表面形成均匀的包覆层;其中γ-巯丙基三乙氧基硅烷（KH580）包覆改性提高了α-AlH₃热稳定性,使其最高热分解温度提高1.7 ℃,活化能E_a值增加2.21 kJ·mol^-1;γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）改性后,α-AlH₃与HMX混合体系的相容性从3级提升至1级;KH550改性后,α-AlH₃与CL-20混合体系的相容性从4级提升至1级。     

高氯酸盐对Al-MnO2纳米铝热剂热性能及燃烧性能的影响

为了研究高氯酸盐对纳米铝热剂反应性能的影响,选用高氯酸钾（KClO₄）和高氯酸铵（NH₄ClO₄）作为添加剂,采用静电喷雾法分别制备KClO₄-Al-MnO₂和NH₄ClO₄-Al-MnO₂纳米复合材料样品。利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观察了样品的微观形貌;采用同步热分析技术（TG-DSC）研究了样品的放热过程和反应活化能,结合X射线衍射技术（XRD）分析了反应后产物的成分,使用快速电热丝实验对比研究了样品的燃烧过程和燃烧速率。结果显示,纳米Al粉和MnO₂集中分布在高氯酸盐基底上;由于MnO₂的催化作用,KClO₄和NH₄ClO₄均在铝热反应发生前出现分解放热过程,其中NH₄ClO₄的分解放热量显著高于KClO₄;KClO₄和NH₄ClO₄的引入,使体系中铝热剂的相对含量降低,导致铝热反应的峰值温度分别推迟了21 ℃和31 ℃。KClO₄-Al-MnO₂的产物主要为Mn₃O₄,而NH₄ClO₄-Al-MnO₂的产物主要为MnO,NH₄ClO₄可以提高MnO₂中O元素的利用率。高氯酸盐的引入可降低体系发生铝热反应的活化能,降低量大于35%,并能够有效提高铝热剂的反应速率;在发火实验中,直接表现为火焰的快速成长、扩散和消退,但是高氯酸盐的引入也将降低火焰的明亮程度和大小。     

乙炔银-硝酸银的热分解特性

为了促进光敏炸药乙炔银-硝酸银配合物（Ag₂C₂·AgNO₃）的稳定生产和应用,采用X射线粉末衍射仪、傅里叶红外光谱仪、扫描电镜、差示扫描量热仪和热重-质谱-红外三联用技术等对其结构形貌和热分解特性进行了研究。结果表明,制备的Ag₂C₂·AgNO₃呈纳米球状,粒径在400~500 nm之间;Ag₂C₂·AgNO₃只有1个放热分解过程,10.0 ℃·min^-1升温速率下分解峰温为234.9 ℃,分解过程失重率为8.72%,放热量高达1449 J·g^-1,分解过程的表观活化能和指前因子分别为108.9 kJ·mol^-1和10^8.94 s^-1;Ag₂C₂·AgNO₃的气相分解产物为NO、NO₂和CO₂。     

Mg（BH4）2对典型硝胺炸药热分解性能的影响

为探索硼氢化镁（Mg（BH₄）₂）对硝胺炸药热稳定性的影响,采用差示扫描量热法（DSC）研究了Mg（BH₄）₂/黑索今（RDX）、Mg（BH₄）₂/奥克托金（HMX）和Mg（BH₄）₂/六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）3种混合硝胺炸药的热分解性能,并采用同步热分析-红外连用技术（TG-FTIR）分析了3种混合物的热分解气相产物。结果表明：Mg（BH₄）₂对3种硝铵炸药的热分解和表观活化能产生了不同的影响,RDX和CL-20分解放热量分别增加了14.7%和32.1%,HMX的分解放热量减少了45.8%;RDX的表观活化能降低了15.8 kJ·mol^-1,HMX和CL-20的表观活化能分别提高了19.7 kJ·mol^-1和11.5 kJ·mol^-1。Mg（BH₄）₂没有改变3种硝胺炸药的热分解气相产物,其主要产物均为NO₂和N₂O;Mg（BH₄）₂使HMX、RDX热分解产物和含量变化不大,使CL-20出现了明显的水峰,NO₂与N₂O的浓度比值降低了89.2%;表明Mg（BH₄）₂对RDX和CL-20的热分解有促进作用,对HMX热分解有抑制作用。     

新型耐热含能钙钛矿化合物（C6H14N2）［Na（ClO4）3］的热分解行为

（C₆H₁₄N₂）［Na（ClO₄）₃］是新型含能钙钛矿化合物的典型代表,需明确其热分解行为、热分解机制及感度特性,以推动其在配方中的应用。以差示扫描量热-热重分析方法实现了分解放热量、分解温度等参数的获取;以动力学模拟计算解析了相关分解机理;以同步热分析-红外-质谱联用技术结合原位红外技术探索了（C₆H₁₄N₂）［Na（ClO₄）₃］的分解产物及分解历程;以国军标法获得了热感度、摩擦感度与撞击感度参数。结果表明：在10 ℃·min^-1的升温速率下,（C₆H₁₄N₂）［Na（ClO₄）₃］分解放热量为4227 J·g^-1,分解温度则达到345 ℃,高于黑索今（RDX）、奥克托今（HMX）、六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）等多数现役含能材料,显示了优异的热稳定性;分解产物研究表明其立方笼状骨架有效稳定了内部结合的有机物分子,使其热稳定性较高。此外,（C₆H₁₄N₂）［Na（ClO₄）₃］在100 ℃下加热48 h的放气量约0.04 mL·g^-1,撞击感度与机械感度分别为32%和80%,优于RDX和HMX。     

从不同升温速率下的DSC曲线数据计算/确定含能材料放热分解反应Arrhenius/非Arrhenius动力学参数的方法

提出了从不同恒速升温速率(β)条件下的DSC曲线起始温度(T₀)、onset温度(T_e)、峰温(T_p)、T_e和T_p处的反应转化率α_e和α_p及相应各等转化率α_i的β_i、Tα,i (i=1,2,…,L)数据计算/确定含能材料放热分解反应Arrhenius/非Arrhenius动力学参数的方法。用该法得到了四水双(3-(5-硝基-1,2,4-三唑))钠［Na₂(BNT)(H₂O)₄］放热分解反应的Arrhenius/非Arrhenius动力学参数。用所得非Arrhenius动力学参数计算了［Na₂(BNT)(H₂O)₄］的热爆炸临界温度(T_b),并与用Arrhenius动力学参数所得的T_b值作了比较。验证了本工作所得［Na₂(BNT)(H₂O)₄］非Arrhenius动力学参数的有效性和可靠性。      

新型高氮含能叠氮化物的分子设计与理论研究（英）

根据CH₄、BH₃、NH₃以及C₂H₄的结构特点,设计了7种新型叠氮类高氮含能化合物C(N₃)₄、B(N₃)₃和N(N₃)₃; CC(N₃)₄、BN(N₃)₄、NN(N₃)₄和CC(N₃)₆,在B3PW91/6-311+G(d)水平下对上述化合物进行了构型优化、振动频率以及键级分析,计算结果表明,所有化合物均无虚频,为势能面上的稳定结构,理论计算的红外结果与现有的实验结果十分相符。键级结果表明中心原子形成的键相对较弱,为爆炸时可能的首发键。计算得到了目标化合物的生成热、密度、爆速和爆压。计算得到几乎所有分子的爆速和爆压都超过了HMX,在含能材料领域具有潜在的应用前景。      

1,2-二（四唑-5-基）乙烷Mg盐和Ca盐的合成、结构与热分析

为了发展新型的四唑类化合物,制备了一水合双四唑乙烷·四水合镁（［Mg（BTE）（H₂O）₄］_n·nH₂O）和双四唑乙烷·五水合钙（［Ca（BTE）（H₂O）₅］_n）两种新型四唑类化合物,采用溶剂挥发法培养了［Mg（BTE）（H₂O）₄］_n·nH₂O和［Ca（BTE）（H₂O）₅］_n的晶体,通过X射线单晶衍射法、红外光谱法和元素分析法对结构进行了表征。利用差示扫描量热（DSC）和热重（TG-DTG）等热分析方法研究了两种化合物的热分解性能,采用Kissinger法和Ozawa法求解了非等温动力学参数。结果表明：［Mg（BTE）（H₂O）₄］_n·nH₂O的晶体属于单斜晶系,P2₁/c空间群,晶胞参数为a=9.0367（18） Å,b=9.1427（18） Å,c=7.4491（15） Å,β=103.51（3）°,Z=2,［Ca（BTE）（H₂O）₅］_n的晶体属于正交晶系,Pnnm空间群,晶胞参数为a=11.205（2） Å,b=13.605（3） Å,c=7.1415（14） Å,Z=4。［Mg（BTE）（H₂O）₄］_n·nH₂O的第一放热峰峰顶温度为387.7 ℃,［Ca（BTE）（H₂O）₅］_n的第一放热峰峰顶温度为415.8 ℃。     

CoFe2O4/g-C3N4对HMX和TKX-50的催化分解特性

为了防止铁酸钴（CoFe₂O₄）纳米颗粒团聚,提高其对奥克托今（HMX）和哈托（TKX-50）的催化分解性能,采用类石墨氮化碳（g-C₃N₄）作为CoFe₂O₄纳米颗粒的分散剂载体,通过溶剂热法原位生长制备了CoFe₂O₄/g-C₃N₄二元纳米复合材料,并利用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪以及差示扫描量热仪等研究了其组成、结构形貌及催化分解性能。结果表明,CoFe₂O₄/g-C₃N₄复合材料形貌均匀密实,使HMX和TKX-50的热分解峰温分别降低了7.0 ℃和41.3 ℃,表观活化能分别降低了341.1 kJ·mol^-1和21.0 kJ·mol^-1,同时增大了其放热量。残渣分析结果发现HMX几乎完全被催化分解,而TKX-50催化分解不彻底,其残渣和CoFe₂O₄/g-C₃N₄形成了微米级块状混合物。     

八核铁簇化合物的制备、表征及其对高氯酸铵的热分解催化

以5,5"-｛［3,3"-双（1,2,4-噁二唑）］-5,5"-基｝-双（1-羟基四唑）为配体,通过溶剂热法制备了一种新型含能铁簇化合物 ［Fe₂^Ⅲ（μ₂-CH₃O）（μ₃-OH）（μ₂-O）（BODTO^2-）（H₂O）］₄（1）,并对其进行了单晶X-射线衍射、差示扫描量热和热重分析等表征,分析了其结构和热稳定性,同时通过差热分析仪研究了化合物1对高氯酸铵（AP）热分解的催化性能。测试结果表明,化合物1为立方晶系I-43d空间群,密度为1.506 g·cm^-3;晶体结构中Fe³⁺与Fe³⁺通过氧原子桥联,形成笼状结构;热分解峰值温度为513.9,617.6 K和669.4 K;爆速为6.94 km·s^-1,爆压为19.09 GPa;撞击感度为15 J,摩擦感度为360 N。当添加质量分数为10%的化合物1时,AP的高温分解温度降低65 K,活化能降低82.2 kJ·mol^-1,证实该铁簇化合物对AP的热分解具有较好的催化活性,具有应用于含能燃烧催化剂的潜质。     

基于头峰的多步分解反应过程热失控特征参数计算方法研究

目前微通道反应器在含能材料合成领域广泛应用,极大提高了合成过程的安全性,但是仍然需要关注物料的热稳定性。绝热条件下最大反应速率到达时间（TMR_ad）与TMR_ad为24 h所对应的引发温度（T_D24）是两个表征危险化学品及含能材料热分解危险性的重要特征参数,这两个参数的传统计算方法为单步N级法和数值计算法,存在分析过程费时费力的缺点。为此,根据差示扫描量热仪动态升温测试曲线,提出了基于头峰（即多峰曲线分峰后的第一个峰）的热分解失控特征参数计算方法,采用穷举法比较了该方法与模型计算法的T_D24偏差,进行了数值模拟验证,并基于文献实验计算了1,8-二硝基蒽醌、改性硝基胍（M-NQ）、1,5-二硝基蒽醌和3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱（DNTF）4种物质的热失控特征参数。数值模拟结果表明,对于两步和三步连续反应,T_D24的最大偏差百分比分别为2.88%和6.9%,最大偏差为6.41 ℃;对于三步连续反应,T_D24最大偏差为5.39 ℃。结果表明,4种含能材料的T_D24计算偏差分别为-4.55,0.71,3.16 ℃和-0.84 ℃,与模型计算法得到的T_D24相比,偏差百分比的绝对值均小于2%。并且证实了T_D24计算方法的有效性,计算T_D24时偏差较小,计算简便,能够较为准确地获得其热分解失控特征参数。     

黏结剂对B/KNO3微笔直写样品成型效果及燃烧性能的影响

为了设计点火燃烧性能良好且兼容微笔直写工艺的B/KNO₃（BPN）点火药配方,分别以聚偏氟乙烯（PVDF）、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯（F₂₃₁₁）、聚偏氟乙烯-六氟丙烯（F₂₆₀₂）、聚偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯（F₂₄₆₁）、乙基纤维素（EC）、硝化纤维素（NC）、PVDF/NC为黏结剂,设计和制备了7种BPN基点火药油墨,并采用微笔直写装药工艺直写成型,考察了黏结剂种类对样品成型效果、点火燃烧特性和热分解特性的影响。结果表明,黏结剂组分的变化会导致BPN油墨的稠度指数表现一定的差异性,其稠度指数顺序为EC/B/KNO₃>PVDF/B/KNO₃>PVDF/NC/B/KNO₃>NC/B/KNO₃>F₂₃₁₁/B/KNO₃>F₂₆₀₂/B/KNO₃>F₂₄₆₁/B/KNO₃,且不同稠度指数的油墨最终呈现不同的成型效果,直写样品截面矩形度的变化趋势与稠度指数一致;氟橡胶为黏结剂的BPN具有较高的燃速和较短的点火延迟,且氟橡胶H含量越高,样品线性燃速越快,不同黏结剂的BPN线性燃速顺序为：PVDF/B/KNO₃>F₂₆₀₂/B/KNO₃>PVDF/NC/B/KNO₃>NC/B/KNO₃>F₂₄₆₁/B/KNO₃>F₂₃₁₁/B/KNO₃>EC/B/KNO₃,纤维素黏结剂在减少点火延迟上没有突出贡献;添加氟橡胶可以使BPN起始反应温度降低约145 ℃,NC可以使BPN主反应的起始反应温度降低45 ℃,而EC的添加仅可以使BPN主反应的起始反应温度降低约5 ℃。     

SC-CO2辅助高固含量发射药代料挤出加工的流变行为（英）

为了改善高固含量发射药挤出加工时流变性能,采用超临界二氧化碳（SC-CO₂）作为增塑剂辅助高固含量发射药代料醋酸纤维素/碳酸钙（CA/CaCO₃）挤出加工,通过狭缝流变仪和幂律方程研究了CA/CaCO₃和CA/CaCO₃/SC-CO₂溶液的在线流变行为,使用Polyflow软件模拟了CA/CaCO₃/SC-CO₂溶液的分散混合性能。结果表明,温度为50 ℃时,SC-CO₂使CA/CaCO₃溶液的稠度系数降低了26.00%,非牛顿指数增加了16.67%,降低了CA/CaCO₃溶液在挤出过程的粘度和压力;随着加工温度的升高,CA/CaCO₃/SC-CO₂溶液的粘度降低;在低剪切速率下,CA/CaCO₃/SC-CO₂溶液的剪切粘度对温度的敏感性较高;根据模拟结果,温度为50 ℃时,CA/CaCO₃/SC-CO₂溶液经受最大剪切应力的最大概率密度比CA/CaCO₃溶液增加了20.63%,SC-CO₂的注入有利于CA/CaCO₃溶液分散混合性能的提高。     

裂纹长度对PBX代用材料表观断裂韧性Kc的影响

表观断裂韧性（K_c）是表征高聚物粘结炸药（PBX）抵抗裂纹萌生和裂纹扩展的重要材料性能,研究表观断裂韧性K_c的尺寸效应对预测不同尺度的PBX的起裂及失效行为具有重要意义。通过中心裂纹巴西圆盘（CSTBD）试验,对PBX代用材料的表观断裂韧性K_c的尺寸效应特性进行研究,通过断裂试验研究了不同裂纹长度（2,4,6,8,10 mm）对CSTBD试样表观断裂韧性K_c的影响。并采用了传统的最大切应力（MTS）准则以及考虑Willimas级数高阶项系数和断裂扩展区（FPZ）长度预估模型的修正最大切应力（MMTS）准则,对PBX代用材料的表观断裂韧性K_c的尺寸效应解释。结果发现,随着裂纹长度的增加,K_c从0.139 MPa·m^0.5增长至0.251 MPa·m^0.5,并且随着裂纹长度的增加K_c趋于稳定。在使用A₃项修正的FPZ长度预估模型下,相较于传统的MTS准则,使用MMTS准则能够很好地解释PBX代用材料表观断裂韧性K_c的尺寸效应。     

MXene/Cd（N3）2复合薄膜起爆药的制备及性能研究

针对深空复杂应用环境对火工品耐高温起爆药的迫切需求,通过静电相互作用的表面自组装方式构建了一种MXene基叠氮化镉（MXene/Cd（N₃）₂）复合薄膜耐高温起爆药。采用扫描电镜、X射线能谱、X射线衍射以及红外光谱对MXene/Cd（N₃）₂复合薄膜起爆药的微观形貌及结构进行表征;通过差示扫描量热及热重等分析方法研究其热性能,并采用高速摄影记录其爆轰过程。结果表明：MXene纳米材料表面丰富的官能团可使Cd（N₃）₂在MXene片层上分布均匀,粒径约50 nm,且在较大空隙中无沉积堆叠现象;MXene纳米材料的高比表面积和优异的导热性能可有效促进Cd（N₃）₂的热分解,热分解温度为378.42 ℃;MXene纳米材料与Cd（N₃）₂复合不会影响Cd（N₃）₂的晶型及输出威力,制备所得的MXene/Cd（N₃）₂复合薄膜起爆药以较少的药量即可实现点火起爆。     

解耦合法研究1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐（TKX-50）热分解（英）

为了研究1,1′-二羟基-5,5"-联四唑二羟胺盐（TKX-50）的热分解，分别采用热重和差示扫描量热法进行热分解试验研究，并采用MATLAB软件对重合部分进行解耦合，用Málek方法对TKX-50热分解过程进行动力学研究。结果表明，TKX-50的热分解过程分为两个阶段，用MATLAB 软件获得两个阶段完整的热分解曲线，并分别获得不同升温速率下各个阶段的T_onset、T_p、ΔH等基础参数。TKX-50的热分解遵循自催化反应模型，并分别获得动力学参数包括活化能、指前因子和动力学模型等，第一阶段：E_a=174.99 kJ?mol^-1，lnA=40.75，f(α)=α^0.917(1-α)^0.509；第二阶段：E_a=149.60 kJ?mol^-1，lnA=31.84，f(α)=α^0.357(1-α)^0.117。     

微波强化Fenton降解偏二甲肼废水

采用微波强化Fenton工艺处理了偏二甲肼废水,考察了微波功率、H₂O₂投加量、pH值、Fe2+与H₂O₂摩尔比等因素对废水处理效果的影响,通过正交实验确定了该工艺的最佳条件。结果表明,在微波功率280 W, H₂O₂(68.5 g·L-1)投加量4.0 mL、水样pH=4.0、Fe2+与H₂O₂摩尔比116、反应时间8.0 min的条件下,偏二甲肼废水COD去除率可达98.4%。     

酸性和有机溶液对α-AlH3稳定改性的研究

为提高α-AlH₃的稳定性,采用酸性和有机溶液对其进行了处理,通过结构表征、稳定性测试和机械感度测试对比研究了处理前后的样品,探讨了改性对α-AlH₃释氢性能的影响及改性机理。结果表明,改性方法有效且对样品释氢性能影响微弱,改性后的α-AlH₃的释氢损失量不超过1%,起始释氢温度和释氢峰值温度变化不超过±3 ℃,最大释氢速率变化不超过20%,其中,氢溴酸处理增强α-AlH₃贮存稳定性的效果最好,样品贮存期间释氢量由0.87%降至0.02%。酸性和有机溶液处理能够使样品表面的杂质和缺陷减少,酸性溶液处理的α-AlH₃表面形成了无定形氧化铝或氢氧化铝,增强了α-AlH₃的稳定性。相较于有机溶液,酸性溶液在实际应用中更适于作为改性剂。