高能离子盐的设计、合成及性能研究

运用分子功能性-合成简便性并重的设计策略，从几种在爆炸性能方面富有特色的炸药结构入手，将它们应用于高能离子盐的炸药构造中，针对母体结构性能方面某些缺陷（如安定性、感度），充分利用阴离子电荷离域化倾向，设计新型含能有机酸，含硝胺和偕二硝基的C-H酸；含硝胺的C=NH酸和C=N-OH酸，成盐后可改善水解，热稳定性及撞击感度。这些含能盐类富含氧化基团（N-NO2和C-NO2）和高焓值键（C-N和N-N等），能有效调节氧平衡；更重要的是基团自身的高密度加之阴阳离子可产生的多重次级作用使密度进一步提高，进而实现高爆速（9500m/s以上）。运用醛胺缩合或Mannich反应，再经硝化即可获得一系列N-H，O-H和C-H含能有机酸，且原料易得，合成极为简便。本项目的成功实验，将对有效解决单质炸药高能量和低感度这对矛盾、创新设计思想和合成高性能新炸药有启发意义。

开发具有更高性能与低感度的以及环境友好的新型高能密度材料(HEDM)是近年含能材料领域的研发重点。近年来由于含能离子盐与分子类似物相比具有蒸汽压低、感度低和热稳定性好等特点，已成为含能材料领域研究的重要发展趋势。含能离子盐具有优良的可调性，通过设计阴离子和阳离子组份，有望得到综合性能优良的含能材料。. 偕二硝基是一个具有高能量、高密度、高能量等优点的重要爆炸基团，以含有该基团的化合物作为碳负阴离子与富氮的有机阳离子结合有望得到高密度、高能量和较低感度的新型含能材料。氮唑类化合物含有大量的N-N和C-C键使得其具有高的正生成焓，高的密度以及好的氧平衡，基于富氮唑类化合物的含能离子盐正逐渐成为一个近年来含能材料研究的重要方向。. 成功合成了十几个系列的基于偕二硝基C-负离子的含能离子盐和氮唑类含能离子盐，化合物经过IR、1H NMR、13C NMR、15N NMR以及元素分析等进行了全面结构表征，其中部分化合物的结构通过单晶X-射线衍射得到了进一步确认。通过性能测试（分解温度，密度和撞击感度）及理论计算（生成焓和爆轰性能）表明我们得到了近20个爆轰性能优良，感度较低的含能离子盐化合物。其中3,3',4,5,5'-五硝基-1'-氢-1,4'-双吡唑在稳定性 (Td = 297 ℃)，作功能力 (A = 1712 kJ g-1 ) 和爆轰性能上 (D = 8814 m s-1, P= 37.0 GPa) 均优于RDX，且具有感度低的特点。综合考虑性能与安全稳定性，所合成的双环类化合物有望成为新一代钝感高能含能材料。