富氮多环含能离子盐的合成和性能

以多氨基稠环化合物6,7-二氨基-3亚氨基-[1,2,4]三唑并[1,2,4]三唑连四唑(TATOT-T)为原料,经过高锰酸钾氧化偶联和高氯酸成盐等步骤,合成了一种偶氮桥联的富氮多环含能化合物2,2′-二四唑基-3,6-二氨基-7,7′-偶氮基-[1,2,4]三唑并[1,2,4]三唑高氯酸盐(2)。采用傅里叶红外光谱、核磁共振、元素分析、X-射线单晶衍射技术,以及差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TG)对化合物2进行结构表征和热性能分析,结合高斯软件计算的生成焓,使用EXPLO5软件计算了其爆轰性能。结果表明,所得化合物2晶体属于单斜晶系,晶体密度为1.750 g·cm^(-3),每个晶胞中包含4个分子,起始热分解温度为232.6℃,理论爆速为8373 m∙s-1,爆压为29.05 GPa,撞击感度为40 J,摩擦感度为360 N,对外界机械刺激钝感,具有良好综合性能。

联氮杂芳环含能化合物研究进展

联氮杂芳环化合物是一类重要的富氮含能化合物,是国内外含能材料研究领域热点之一。氮杂芳环可通过N—N、C—N单键等不同键合方式而获得种类繁多的联氮杂芳环含能化合物,主要包含对称型与非对称型两类结构,也可按双环、三环及多环等环系特征进行分类。综述了呋咱、多氮唑等富氮环系通过N—N、C—N单键键合所形成的联氮杂芳环含能化合物研究进展,重点评述了联氮杂芳环的构建方法及其含能化合物合成技术途径探索,同时,简要介绍了典型联氮杂芳环含能化合物的物化与爆轰性能。发展简捷、高效及条件温和的新型环系合成方法,引入新型高能基团,设计新型联氮杂芳环含能化合物应是今后该领域研究的重点。

含能离子盐3-氨基-5-肼基-1,2,4-三唑2,4,6-三硝基-均苯三酚的合成及性能研究

以3,5-二氨基-1,2,4三唑为原料,经重氮化、还原反应以及成盐反应合成一种阴阳离子2:2型含能离子盐3-氨基-5-肼基-1,2,4-三唑2,4,6-三硝基-均苯三酚盐(AHTr·TNPG)。采用X-射线单晶衍射分析、红外光谱、核磁共振谱、质谱和元素分析等对其进行结构表征和理化性能测试;通过差示扫描量热分析技术(DSC)和热重分析技术(TG-DTG)对其热分解行为进行研究;测试了其机械感度,并运用Gaussian 09程序和EXPLO5(V6.04)软件计算了其爆轰参数。结果表明,AHTr·TNPG属于单斜晶系,Cc空间群,晶体密度为1.807g/cm^(3),分解温度为174℃;理论爆速为8475m/s,理论爆压为30.4GPa;实测机械感度低,摩擦感度为324N,撞击感度为30J。AHTr·TNPG展现出良好的热稳定性和优异的爆轰性能,爆轰参数优于TNT和TATB,接近RDX,是一种钝感高能炸药。

2,4,6-三氨基-1,3,5-三嗪-1,3-二氧化物(TATDO)的热分解特性

为了促进新型N-氧化含能化合物2,4,6-三氨基-1,3,5-三嗪-1,3-二氧化物(TATDO)的应用,采用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG/DTG)和热重-质谱-红外(TG-MS-FTIR)三联用技术等对其热分解特性进行了研究。结果表明,TATDO只有一个放热分解过程,10.0℃/min下外推起始温度为295.2℃,峰温为315.8℃,放热量约为1532J/g,质量损失约为41%,表明TATDO的热稳定性良好。用Kissinger方法获得TATDO的表观活化能和指前因子,分别为377.10kJ/mol和10^(31.80)s^(-1)。TATDO热分解产生的主要气体产物为H_(2)O、NH_(3)和CO,并且从分子及自由基结构模型和解离能的角度推测其热分解机理可能为:首先分子内氢转移(从TATDO到TATDO′的互变异构),然后氮氧键断裂氧化生成NH_3和碳氮聚合物。

1-羟基-N-(1H-1,2,4-三唑-5-基)-1H-四唑-5-甲酰胺的合成和性能

为制备新型富氮杂环含能化合物,以5-氰基-1-(1H-1,2,4-三唑-3-基)-1H-四唑(1)为原料,经偕胺肟化、重氮化、取代及亲电加成等步骤,合成一种以酰胺键桥联的富氮含能化合物1-羟基-N-(1H-1,2,4-三唑-5-基)-1H-四唑-5-甲酰胺(3);利用核磁共振(NMR)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、元素分析(EA)等方法对化合物3进行了结构表征,并通过单晶X-射线衍射分析(SC-XRD)进一步确定了其结构;利用差示扫描量热(DSC)和热重(TG)方法研究了化合物3的热分解过程。结果表明,化合物3初始分解温度为265℃,爆速为8017 m·s^(-1),爆压为23.1 GPa,撞击感度为20 J,摩擦感度为288 N。

激光溅射下四唑环的簇合行为

为了解四唑环在激光作用下的分解和簇合行为,在高真空条件下,以高纯氮气为载气,用纳秒激光分别溅射四唑、5-氨基四唑以及四唑与氮化锆、钒和铬形成的混合样品,并用反射式飞行时间质谱分析了生成的产物。结果表明,在532nm的激光轰击条件下,大量四唑、5-氨基四唑分子骨架保持完整,易脱去一个氢原子而形成高丰度的负离子,该负离子进一步与1~3个四唑、5-氨基四唑分子形成簇合物;在氮化锆、钒和铬存在下,激光轰击四唑后形成了四唑正离子及四唑分子数不超过2个的簇合物,正离子质谱未发现锆、钒和铬参与四唑簇合物的形成。研究结果表明,激光溅射含氮有机物主要是蒸发作用,可用该方法表征有机物并研究其相互作用特性。

3-硝基胍-1,2,4-三唑[4,3-b]-s-四嗪及其脒基脲盐的合成与性能研究

以3,6-双(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪为原料,通过取代、环化、酸化反应合成出3-硝基胍-1,2,4-三唑[4,3-b]-s-四嗪(NGTT),自主设计合成了新型含能离子盐3-硝基胍-1,2,4-三唑[4,3-b]-s-四嗪的脒基脲盐(NGTT-M),并采用红外光谱、核磁共振、元素分析等进行了结构表征;优化了关键中间体3-(3,5-二甲基吡唑-1-基)-1,2,4-三唑[4,3-b]-s-四嗪(DMPTT)的合成条件,收率达到82%;采用DSC对比研究了NGTT和NGTT-M的热稳定性,并采用量子化学方法研究了NGTT及其阴离子的几何构型,计算了NGTT和NGTT-M的爆速、爆压及单元比冲等能量性能。结果表明,NGTT和NGTT-M的分解温度分别为250、221.1℃;密度分别为1.77、1.77 g/cm 3;生成焓分别为567.3、500.7 kJ/mol;爆速分别为7 366.8、7 391.9 m/s;爆压分别为23.4、23.0 GPa;燃温分别为2 475.2、1 834.8 K;特征速度分别为1 404.2、1 269.2 m/s;单元比冲分别为2 210.5、2 016.7 N·s/kg,表明NGTT-M具有氮含量高、热稳定性良好、产气量大、燃温低的特点。

6-氨基胍基-1,2,4,5-四嗪-3-酮的合成、晶体结构和热分解行为

以3,6-双(3,5-二甲基吡唑基)-1,2,4,5-四嗪(BT)和硝基胍为原料,经亲核取代、还原反应,合成了6-氨基胍基-1,2,4,5-四嗪-3-酮(AGTzO),采用X-射线单晶衍射对AGTzO的结构进行表征;利用差示扫描量热法(DSC)和热重法(TG-DTG)研究了AGTzO的热分解行为;用Kissinger法和Ozawa法对不同升温速率下AGTzO的DSC曲线进行分析,获得热分解动力学参数,并分析了其热安全性。结果表明,AGTzO·H2O的晶体属于正交晶系,Pbca空间群,每个晶胞包含8个AGTzO·H2O分子,晶体密度为1.639g/cm3;AGTzO·H2O的活化能(E)和指前因子(A)分别为173.03kJ/mol、1015.96s-1;自加速分解温度(TSADT)、热点火温度(Tbe)和热爆炸临界温度(Tbp)分别为232.05、234.93和236.91℃;用氮当量公式计算AGTzO·H2O的爆速(D)为8421m/s,爆压(p)为30.4GPa,其爆轰性能与TATB(D=8114m/s,p=31.2GPa)相当。