MIC与猛炸药复合物的反应特性与规律

亚稳态分子间复合物（MIC）是一类由纳米尺度的氧化剂和还原剂颗粒组成的新型含能材料，具有高能量密度和高燃烧速率特点。本研究团队前期研究发现MIC与猛炸药形成的复合物在燃烧转爆轰方面具有新的特性。本项目拟通过制备工艺研究获得不同组成结构（如原料粒径、配比、接触界面积等）的MIC/猛炸药复合物，并利用以高速照相、高速摄影、DDT管、密闭爆发器、以及温度压力传感器等组合的测试平台，研究不同组成结构和装药条件（如装药密度、尺寸、形状等）下MIC/猛炸药复合物的反应行为和规律，结合数值模型阐明MIC/猛炸药复合物的燃烧转爆轰机制和微尺寸下反应能量损失与补偿机制。研究结果 可深化对MIC反应行为和规律的认识，并为猛炸药替代起爆药和微尺寸燃、爆元器件的应用提供理论基础。

MIC/猛炸药复合物兼具MIC高能量密度和猛炸药快的动力学反应特点。本项目针对MIC/猛炸药复合物结构制备、燃烧反应特性及规律、微尺度下反应行为展开研究。. 首先，通过几种物理化学方法(热氧化、化学气相沉积、磁控溅射、静电纺丝、喷射结晶等)可控合成各种含能复合结构，并探索了合成机理。具体制备了微纳米结构MIC及其MIC与猛炸药复合物，获得了一维结构(TATB 、RDX、Fe2O3-Al/NC复合物、CuO-Al 纳米线阵列)、二维结构(Co3O4-Al纳米片阵列)复合含能材料，并探索制备了新型核壳结构及纳米多层反应膜PTFE-Al复合物。掌握了MIC/猛炸药复合物制备方法并为后期反应特性研究提供物质基础。. 其次，通过对MIC/猛炸药复合物反应特性研究表明，CuO/Al MIC燃烧过程中的热传递机理包括传导、对流和辐射。反应传播分为三个阶段：(1)点燃和燃烧开始阶段，热传导起主要作用；(2)加速过度阶段，热传导与对流共同起作用；(3)稳定燃烧阶段，对流机理起主导作用。另外，MIC/猛炸药复合物具有DDT增强效应。MIC/猛炸药复合物二元体系复合物能够调节组成变化，调节体系压力、热量等参数。因此，能够深入到燃烧行为对冲击波形成过程影响的具体细节研究，从而为深入理解燃烧向冲击发展的过程提供了有利条件。. 最后，针对微尺寸环境反应过程，提出MIC复合物球形单元燃烧模型。燃烧模型表明，对于微芯片上的MIC复合物燃烧，因为球型单元半径R很小，压力变化不能忽略。结合模型，进一步研究了能量释放传递、损失机制，并结合数值模型阐明MIC/猛炸药复合物的燃烧转爆轰机制和微尺寸下反应能量损失与补偿机制。而且，CL-20/MIC在微尺寸点火芯片上的燃烧实验表明，微尺寸环境中反应区热量损失和压力损失巨大，导致MIC与其复合物难以继续维持普通尺寸下的高能量释放率，加入了CL-20炸药的复合物由于CL-20燃烧产生大量气体补偿了压力损失。从而产生的压力明显加强了微芯片上的质量和热传递，导致了燃烧到爆燃的转变。. 本项目研究结果可深化对MIC/猛炸药复合物燃烧反应行为和规律的认识，并为其在绿色起爆药替代物和含能器件的应用提供理论基础。