基于碳纳米管界面组装含能超分子及其能量释放规律研究

针对含能动力器件不断小型化和高性能的需求，本课题以碳纳米管为模板，通过各种软化学手段实现纳米级氧化剂、可燃剂颗粒在碳管表面的负载或沉积，从而构筑含能超分子体系。碳纳米管经过共价功能化处理后，在其表面嫁接有大量的活性基团，活性基团与含能化合物分子之间产生弱的相互作用，这些弱相互作用力的协同与加和构成组装推动力。剖析组装反应机理，即影响反应方向性、选择性以及纳米结构单元位点识别能力的因素及其变化规律。深入考察组装体系结构与能量释放效率之间的相互关系。通过残酷作战环境仿真模拟与实验研究，对比分析组装体系与传统含能材料在高、低温、静态加载及动态冲击作用下的输出特性。研究含能超分子体系受外界刺激引发的结构与性能变化，以及刺激信号输入在组装体系中产生的超快速响应及能量的非线性放大规律，最终实现含能超分子结构的精确设计与功能调控。

针对含能动力器件不断小型化和高性能的需求，本课题以碳纳米管为模板，通过各种软化学手段实现炸药、含氧酸盐、硅粒子在碳管表面的负载或沉积，从而构筑出新结构含能材料。碳纳米管经过共价功能化处理后，在其表面嫁接有大量的活性基团，通过氢键作用使奥克托今炸药沉积于碳管外壁，通过亲水/疏水相互作用使含氧酸盐在碳管表面成核生长，并探索了可燃剂硅与碳管的纳米复合路径。利用这些弱的非共价相互作用力，含氧酸盐和炸药分子实现了在碳纳米管表面的成功嫁接或是附着，从而形成具有特定组装构造的聚集体。利用多种手段对产物进行详细表征，通过热物理性能对比、感度测试、热分解规律研究以及燃爆效应分析等，对比研究碳管对传统含能材料安全性、可靠性的影响，探究含能材料新结构与能量释放效率之间的相互关系。研究发现，引入碳管会增加区域导热能力，提高燃速精度，改善动力学释能速率，并且安全钝感。本项目所提出的新结构含能材料将在弹药点传火机构、推冲器、起爆器、战斗部分离/抛撒机构、制导系统姿态控制、引信等许多方面具有广阔的应用前景。研究结果会推动新型炭材料在国防领域的应用，具有重要的理论意义和实际价值。