【摘 要】
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共结晶技术在含能材料领域的应用,提供了一种解决含能材料能量和感度之间矛盾的有效方法。同时,共晶化也能够调节原有材料的一些物理化学性质,如吸湿性、溶解性、熔点等。六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）因其超高的能量水平正受到越来越多的关注。围绕CL-20炸药的共晶材料也正逐渐被开发出来,体现出高能钝感的优质炸药特性。本文开展高能CL-20共晶炸药的制备和模拟研究,主要研究内容和成果如下:（1）将计算机模
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共结晶技术在含能材料领域的应用,提供了一种解决含能材料能量和感度之间矛盾的有效方法。同时,共晶化也能够调节原有材料的一些物理化学性质,如吸湿性、溶解性、熔点等。六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）因其超高的能量水平正受到越来越多的关注。围绕CL-20炸药的共晶材料也正逐渐被开发出来,体现出高能钝感的优质炸药特性。本文开展高能CL-20共晶炸药的制备和模拟研究,主要研究内容和成果如下:（1）将计算机模拟运用到共晶机理的研究中去,从微观的角度探究共晶炸药的内部相互作用。通过Materials Studio 5.0软件的Dmol3模块分析了一系列CL-20共晶炸药中主配体材料的表面静电势能,结果表明基团间静电势的相互吸引有助于形成分子间非共价键作用力;同时,运用Forcite模块分析了单体和共晶体的体系能量差异,结果表明共晶的能量水平更低,共晶化是一个热力学有利的过程。最后,通过Crystal Explorer 3.1软件分析一系列CL-20共晶炸药分子间作用类型并区分了作用区域,这为后续CL-20共晶炸药的开发提供了参考。（2）将“纳米化降感”和“共晶化降感”相结合,通过与溶剂挥发法制备的共晶炸药类比表明,湿法机械球磨法成功制备出平均粒径为115.9 nm的CL-20/TNT共晶炸药。感度测试表明,CL-20/TNT共晶炸药的特性落高(H50)相较于原料CL-20和CL-20/TNT混合物,分别提高了26 cm和20.8 cm,大幅降低了CL-20的感度。这可以解释为CL-20中的-NO2和TNT中的-CH3之间形成氢键,增强的晶体结构的稳定性。实验证明湿法机械球磨能够大批量制备纳米级共晶炸药,提供了一种能够工业化大批量制备共晶炸药的有效方法。（3）将“含能离子盐”引入CL-20共晶炸药的制备,通过溶剂-非溶剂法成功制备出CL-20/TKX-50共晶炸药。CL-20/TKX-50共晶炸药的特性落高(H50)为34 cm,低于单质TKX-50,但明显高于CL-20和β-HMX,也高于CL-20和TKX-50的机械混合物,有效降低了CL-20的感度。感度的降低推测为CL-20中的-NO2和TKX-50中的-NH3+之间形成了氢键,增强了体系结构的稳定性。这表明含能离子盐可以作为CL-20共晶炸药制备的优质配体。（4）结合计算机模拟和对已有CL-20系列共晶炸药的分析,提出具有给电子基的对称环状化合物能够作为制备CL-20共晶炸药的有效配体的观点。2,6-二氨基甲苯、吡嗪与2,3,5,6-四甲基吡嗪三种具有给电子基且均具有良好对称性的物质被选择与CL-20进行共结晶实验。最终成功制备出CL-20/吡嗪和CL-20/2,3,5,6-四甲基吡嗪两种共晶炸药,有效降低了CL-20的感度。这为开发出更多CL-20共晶炸药的提供了新的思路。
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