阴阳双杂环高能低感含能离子液体合成及性能研究

含能材料是制造炸药、武器弹药及航天推进剂的主要原料。离子液体因具有生成焓高、热稳定性好、难挥发、结构可控、组分兼容性好等独特物化性质，近年来在含能材料领域中显示出了良好的应用前景。针对现有含能离子液体能量低、敏感等缺点，本项目拟开展高能、低感含能离子液体研究：基于离子液体物性数据库及其构效关系，采用分子模拟及量化计算等手段，对离子液体进行分子设计和结构优化，选用硝基或氨基等含氮基团取代的咪唑、三唑、四唑及三聚氰胺类杂环化合物作为阴阳离子结构单元，合成2-3类阴阳双杂环高能低感含能离子液体；研究阴阳离子结构、取代基，氢键网络结构以及宏观物性等对其生成焓及其热性能的影响，获取相关影响规律及多尺度构效关系；采用DSC-TG-FTIR/DSC-TG-MS联用技术实时分析气相分解产物，确定分解步骤，揭示相关热分解机理。为高能、低感新型含能离子液体合成及应用提供科学依据，具有重要的理论意义和应用价值。

针对现有含能离子液体能量低、敏感等缺点，本项目开展了高能低感含能离子液体合成及性能研究，旨在为高能、低感新型含能离子液体合成及应用提供一定的科学依据。项目取得的成果简要概述如下：.首先，基于离子液体物性数据库及其构效关系，采用分子模拟及量化计算等手段，对拟合成的含能离子液体进行了分子设计和理论热性能参数计算，优化筛选出硝基或氨基等含氮基团取代的咪唑、三唑、四唑类等杂环化合物作为阴或阳离子结构单元具有较好的热性能参数；继而合成并结构确认了3类阴阳双杂环高能低感含能离子液体，纯度>99%，密度>1.9 g/cm3，其性能测试达到或者超过HMX，TNT，RDX等现有高含能材料；.其次，开展阴阳离子种类，取代基个数、位置，氢键及其网络结构对含能离子液体密度、生成焓、爆压、爆速等热性能影响的多尺度构效关系研究，发现：1）阴阳离子之间存在的大量氢键作用，使阴阳离子相互连接成八元环或十一元环等多元环状结构，且两种化合物的阴阳离子平行堆积，在（0 1 0）平面上可见明显的阴阳离子层状结构；2）随着苯环上硝基取代基数目的增加，含能离子液体密度、爆压和爆速增加；3）负电荷的离域效应和超共轭效应使杂环阴离子趋向于平面结构；.最后，采用DSC-TG-FTIR/DSC-TG-MS等多技术联用，获取了分解活化能，测定了气固相分解产物的主要组成（N2O，NO, CON, CONH, NO2等），提出了初步的分解步骤及可能的N-N键断裂引发的自由基裂解热分解机理；进一步发现含能离子液体与PEG10000二者混合后分解活化能明显降低，分解温度随着加热速率的增加而降低。 .项目按照年度任务开展工作，没有进行内容调整和变动，研究工作进展顺利，课题任务完成良好，经费预算及使用合理。实施期间共发表SCI论文6篇, 其中IF>3, 2篇；申请国家专利2项（其中一项为保密专利）；作国际会议邀请报告1次。培养硕士1名，在读2名。