含氮类含能材料的研究进展

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1、高氮含能材料简述姓名：罗春平学号：113103000299摘要：含氮含能材料作为一种新型含能材料已受到各国的广泛重视。四嚓、四哇和吠咱等高氮含能化合物分子结构中含有大量N-N,C-N,N=N和C=N键，因而具有很高的生成焓，这是其化学潜能的主要来源川[1]。四臻、四哩和吠咱等高氮化合物由于氮、氧原子的电负性较高，这些氮杂芳环体系一般都能形成类苯结构的大π键，具有钝感、热稳定的性质。实验证明，多数高氮化合物对静电、摩擦和撞击钝感[2]。高氮化合物的高氮、低碳氢含量使其更容易达到氧平衡，也使其密度较高。综上所述，四嗓、四哇和吠咱等高氮化合

2、物具备作为新型含能材料使用的潜力[3]。关键词：含氮材料、含能材料、高氮化合物、生成焓、炸药引言：含能材料的发展大致经历了四个重要时期：20世纪初，以TNT为代表材料的广泛应用；20世纪30年代，以追求高能量为主的材料，如RDX、HMX的应用；20世纪60年代，以追求安全性能为主的材料，如钝感炸药TATB的应用；20世纪80年代至今，以实验和理论相结合，寻找新型高能钝（低）感炸药的新阶段炸药的能量和安全性能是对立的，为了满足能量和安全性的双重要求，高氮化合物以其优异的理化性能进入了化学家们的研究视线[4]。高氮含能化合物是近年来发展起

3、来的一类具有良好应用前景的新型含能材料，它具有高正生成热、高热稳定性的特点。作为新型的含能材料，高氮含能化合物主要应用于高能钝感炸药、小型推进系统固体燃料、无烟烟火剂、气体发生剂、无焰低温灭火剂。LosAIamos国家实验室的Hiskey研究小组［1］对高氮化合物的合成以及应用进行了大量的研究。在理论工作方面，德国慕尼黑的Ludwig-MaximiIian大学的KIapitke研究小组，国内南京理工大学肖鹤鸣等［5］人对五元环的四唑类高氮化合物进行了大量的理论计算研究，四川大学的田安民研究小组在氮原子簇合物［6］和三均三嗪类衍生物方面

4、也开展了很多理论研究工作。目前合成的高氮含能化合物主要是氮杂环有机化合物，以含氮量较高的六元四嗪环和五元四唑环为母体，通过连接单元并引入取代基而形成。本文按高氮化合物各组成单元的类别，对高氮化合物进行了分类，综述了有代表性的一些高氮含能化合物的实验和理论研究情况，且对其应用进行了简单总结。1氮化合物的实验和理论研究1.1四嗪类高氮化合物有别于传统的含能物质，四嗪类高氮含能化合物普遍具有高的正生成焓，且大多不含硝基基团，感度较低，热稳定性较好，分子结构中的高氮低碳、氢含量使其更容易达到氧平衡近年来，出现了一系列四嗪类高氮含能化合物的合成

5、报道，四嗪类高氮含能材料的应用几乎涉及到低特征信号推进剂、新型高能钝感炸药等含能材料的各个领域。实验及理论研究表明：将此类高氮含能化合物引入推进剂配方中，能显著降低燃温，且主要燃烧产物中N：含量升高，H：O和CO：含量降低，降低了出口气体产物的特征信号；将其与常见炸药制备成混合炸药，可明显降低高能炸药黑索金(RDX)等的感度或提高钝感炸药三氨基三硝基苯(TATB)等的能量。目前，四嗪类高氮含能材料研究主要集中在3，6．对(5．氨基四唑)一l，2，4，5．四嗪(BTATz)‘26屯71、3，3’．偶氮(6．氨基。1，2，4，5一四嗪)(

6、DAAT)及氧化物DAATO。3，6．二氨基．1，2，4，5．四嗪一1,4一二氧化物(LAX—112)、3，6．二胍基．1，2，4，5一四嗪(DGTz)和3,6．二硝基胍．1，2，4，5一四嗪(DNGTz)‘32q31等对称均四嗪类化合物及其盐、氧化物的合成和性能上[7]。但目前所报道的四嗪类含能化合物普遍存在着2个较大的问题：一是密度不高，一般都低于1．90g／cm3，与HMX、TATB等炸药密度相差较大；二是含氧量太小，无法与传统的含硝基基团的炸药相比。因此为解决上述问题，必须设计和合成出密度和氧平衡都较好的四嗪类高能量密度物质。

7、1.1.1四嗪环四嗪环中氮质量分数为68．3％，结构上符合Hiickel规则，具有芳香性。其结构相当于苯环中的4个次甲基(一CH=)被4个叔胺基(一N=)取代而成的杂环化合物，叔胺基的引人使环的芳香性和碱性都增加。由于环上的丌电子云向氮转移，碳原子的盯电子云密度降低，加之诱导效应，进一步使环上的电子云密度降低。因此，四嗪环很难发生亲电取代反应，而较易发生亲核取代反应[8]。1，2，3，4一四嗪化合物目前只有俄罗斯和美国作过少量报道，且主要是有关苯并1，2，3，4一四嗪氧化物及其衍生物的合成及性能研究。1，2，4，5。四嗪也即均四嗪(S

8、-tetrazine)，是近年来国内外研究报道较多的一种高氮化合物。2002年，江银枝等人[9]研究了氰基与肼的成环反应，获得了具有生物活性的均四嗪类化合物。2003年，Jadwiga等人[10]也发表了类似的报道，共合