热分析联用技术在含能材料热分析研究中的应用进展

热分析联用分析技术包括同步联用技术、串级联用技术和间断联用技术,常见的有热重⁃差示扫描量热联用(TG⁃DSC)、热重⁃红外/质谱联用(TG⁃FTIR/MS)、固相原位热红外检测技术(Thermolysis/RSFTIR)和热重⁃红外⁃质谱联用(TG⁃FTIR⁃MS)等,是研究含能材料热行为和分解机理的有效方法,对研究其燃烧和爆炸性能有重要意义。相较于单一的热分析技术,联用技术可以更加充分、高效和全面地评价含能材料热行为和热安定特性、揭示热分解机制。通过热分析联用技术全面深入研究含能材料的物化特性,对改善和提高其应用性能具有重要的现实意义和价值。本文全面综述了TG⁃DSC、TG⁃MS、TG⁃FTIR⁃MS、TG⁃FTIR⁃GC⁃MS和Thermolysis/RSFTIR热分析联用技术在含能材料研究中的应用进展,分析了其研究的相关内容、重要结果、特点及优势,并进行了相关展望,可开发高性能的计算分析软件,解决如质谱分析中重叠质谱峰的解析等问题,在热分析仪中引入新的扩展系统,拓展其应用范围,为新型含能材料的热分析研究提供技术上的支持。

探针结构对Ti/CuO微波点火延迟时间的影响

为了研究探针结构对微波点火性能的影响,使用4种探针对Ti/CuO点火药的微波点火延迟时间进行了测试,并通过模拟对探针结构进行优化,获得了探针参数(长度、包覆层厚度、尖端锥度和镀层厚度)对电场强度的影响规律。结果表明,探针针尖处的电场强度显著影响点火延迟时间,在2.45 GHz、50 W微波作用下,探针1、2、3、4最大电场分别为1800、190、34和53 kV/m,Ti/CuO的点火延迟时间分别为222.6、660.5、949.1和921.3 ms;在2.45 GHz、1 W微波作用下,当探针长度为26 mm、PTFE包覆层长度为8 mm、厚度为0.75 mm、针尖锥度为0.243和金镀层厚度为5μm时,能够将电场强度从原来的约10 kV/m提升到约1000 kV/m,并且电场分布集中于尖端。

密度泛函理论研究富勒烯C_(70)对偏二甲肼与NO_(2)的抽氢反应机制

为了探讨富勒烯(C_(70))作为催化剂用于偏二甲肼(UDMH)推进剂分解的可行性,采用密度泛函理论(DFT)研究了UDMH分子与C_(70)团簇分子的相互作用,分析了UDMH在C_(70)表面的吸附行为及分解路径,计算获得了UDMH在C_(70)存在时发生抽氢反应的活化能和反应热。结果表明,UDMH分子在C_(70)表面表现为两种吸附构型,主要发生物理吸附且吸附能较小,C_(70)分子的加入并未改变UDMH分解的初始和次级反应位点,在与NO_(2)抽氢反应时表现为在NH _(2)基团上依次发生。与纯UDMH分解相比,A、B两种吸附构型中UDMH分解初始基元反应的反应活化能分别下降了19.4 kJ/mol、21.1 kJ/mol,反应热分别降低了24.2 kJ/mol和27 kJ/mol。因此,C_(70)对于UDMH分解的前两步反应具有催化能力,能够促进UDMH的分解。

DNTF与高聚物相容性的分子动力学模拟

为确定高分子聚合物钝感剂和3,4⁃二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的相容性,采用分子动力学(MD)模拟方法,分别构建了DNTF与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氟橡胶(F2603)、顺丁橡胶(BR)和聚偏二氟乙烯(PVDF)混合的熔铸炸药模型,在COMPASS力场下,从径向分布函数、溶度参数和Flory⁃Huggins相互作用参数3方面研究了DNTF与上述4种高分子聚合物钝感剂的相容性,揭示了共混物分子间相互作用力本质。采用真空安定性实验法对4种共混物体系的相容性进行了实验验证。结果表明:共混物中同组分的分子间径向分布函数值比两组分的分子间值低,体系溶度参数均小于3 J^(1/2)·cm^(-3/2),体系的相互作用参数值小于临界作用参数值,体系放气量均小于0.6 mL,说明DNTF与PMMA、F2603、BR和PVDF均相容,且数值模拟结果与实验结果相吻合。

DNTF与PMMA热稳定性和力学性能的分子动力学模拟

为探究聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)对3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)热稳定性和力学性能的影响,利用分子动力学模拟(MD)研究了不同温度下DNTF(111)体系和DNTF(111)/PMMA复合体系的热稳定性(引发键长和内聚能密度)和力学性能[弹性系数(C_(ij)),拉伸模量(E),体积模量(K),剪切模量(G),柯西压(C_(12)—C_(44))和泊松比];使用差示扫描量热法(DSC)进一步研究了两种体系的热稳定性。结果表明,在298~398K内,PMMA的加入使DNTF(111)体系的引发键键长减小0.016,CED(内聚能密度)增大0.05kJ/cm^(3),热分解峰温和活化能升高2℃和1.59kJ/mol。因此,PMMA被认为是改善DNTF热稳定性的有效高分子钝感剂。此外,力学性能模拟研究表明,PMMA使DNTF(111)的E、K和G降低0.58、0.32和0.22GPa,K/G提高0.04,说明PMMA也可以有效改善DNTF的力学性能。

顺-2双(苯并呋喃)[60]富勒烯衍生物与NO相互作用的密度泛函研究

为了考察[60]富勒烯衍生物的抗氧化性能,采用密度泛函理论计算方法,在6-311G(d,p)基组水平上研究了顺-2双(苯并呋喃)[60]富勒烯衍生物与NO之间的相互作用;对7种不同相互作用体系构型进行几何优化、能量计算、电子性质分析、Wiberg键级分析和独立梯度模型分析。结果表明,NO与顺-2双(苯并呋喃)[60]富勒烯衍生物相互作用的本质是由色散力主导的范德华弱相互作用;NO以物理形式吸附在顺-2双(苯并呋喃)[60]富勒烯衍生物表面和笼型结构内部,且以N原子端为主;结合能绝对值排序为VII′>IX′>II′>IV′>III′>I′>V′>VI′>VIII′,相比[60]富勒烯,顺-2双(苯并呋喃)[60]富勒烯衍生物与NO分子发生更强的物理吸附,[60]富勒烯的化学修饰显著提高了其抗氧化性能。

光伏相变系统温控特性及散热结构优化设计

针对光伏相变(PV-PCM)热管理系统建立数值模型,与实验结果对比验证模型的有效性。在此基础上,研究24 h内不同复合PCM物性参数(相变温度、膨胀石墨质量分数和厚度)对太阳电池温度的变化规律,利用正交实验法和直观分析法研究最高温度、高于45℃与41℃的时长和入夜后低于35℃的时长的影响。进一步模拟不同类型和数量的散热翅片对太阳电池工作温度的影响,优化PV-PCM系统的散热结构。研究显示,使用内向翅片的散热结构和相变温度为40.2℃、膨胀石墨质量分数为15%、厚度为40 mm的复合PCM,可使太阳电池的最高工作温度最小,其值约为42℃。