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  2. 中物院化工材料研究所在鈍感高能材料研究方面取得重要進(jìn)展
    2018-10-08 11:31:48 作者:本網(wǎng)整理 來源:X一MOL資訊 分享至:
        最近,中國工程物理研究院化工材料研究所的科研團(tuán)隊運用材料基因組工程思想進(jìn)行新型鈍感高能材料的研發(fā),成功制備了一種新型鈍感高能材料(2,4,6-三氨基-5-硝基嘧啶-1,3-二氧化物),研究成果發(fā)表在Nature Communications 上,這也是國際上首次運用材料基因組策略進(jìn)行新型含能材料的研發(fā),從傳統(tǒng)的“試錯法”到“材料基因組工程”研發(fā)模式的轉(zhuǎn)變,有望加速新一代含能材料的研發(fā)效率。

        鈍感和高能分別代表含能材料的安全性和毀傷能力,是一對負(fù)相關(guān)的性能指標(biāo),制備和應(yīng)用鈍感高能炸藥(IHE)可實現(xiàn)現(xiàn)代武器系統(tǒng)的高毀傷和高安全性,是世界各軍事強(qiáng)國的不懈追求。然而,實驗試錯的傳統(tǒng)制備途徑存在危險性大、成本高、效率低等問題,為尋找鈍感和高能的最佳平衡點帶來極大的困擾。

        研究人員首先對大量已有含能材料的結(jié)構(gòu)與性能數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,從元素組成、分子結(jié)構(gòu)和晶體排列三個層次識別并提取鈍感高能炸藥的“基因”特征;其次,他們建立了以14種六元芳香母環(huán)和3種取代基為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)片段庫,運用自編Java腳本,并以識別的鈍感高能炸藥“基因”特征為邊界條件,實現(xiàn)了計算機(jī)輔助的鈍感高能炸藥分子的快速設(shè)計與篩選(圖1)。通過合理實驗的方法設(shè)計,并最終制備一種新型鈍感高能單質(zhì)炸藥ICM-102,該炸藥具有“類石墨烯”層狀晶體的結(jié)構(gòu)(圖2a和2b)。除水之后,炸藥分子實測密度為1.95 g/cm3,計算爆速超過9000 m/s,且對撞擊、摩擦、靜電等外界刺激鈍感,它的鈍感特性主要來自于特殊的電子結(jié)構(gòu)(如低硝基電荷和負(fù)表面靜電勢)和層狀堆積結(jié)構(gòu)(圖2b和2c)。同時,該炸藥具有高熱穩(wěn)定、低成本、易于規(guī)模合成等優(yōu)點,是一種極具潛力的鈍感高能材料,未來有望應(yīng)用到安全彈藥、固體推進(jìn)劑等配方中。
     
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        圖1.(a)計算機(jī)輔助快速篩選IHE分子的原理示意圖;(b)所選14種六元芳香母環(huán)結(jié)構(gòu)及其基因編碼;(c)所選3種取代基及其基因編碼。
     
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    圖2.(a)ICM-102晶體結(jié)構(gòu)中的二維分子平面;(b)實測ICM-102晶體的三維“類石墨烯”層狀晶體結(jié)構(gòu);(c)ICM-102、TATB、LLM-105和FOX-7的硝基電荷和表面靜電勢。

    圖片來源:Nat. Commun., 2018, 9, 2444

     

     

     

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    責(zé)任編輯:韓鑫

     


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