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来自 化学科学 2019-12-31 21:08 的文章
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中物院研发新型绿色起爆药ICM-103 无毒且安全性也相应提高

研制出高能稳定起爆药

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日前,北京理工大学爆炸重点实验室教授杨利等利用新型多孔骨架材料通过简单方法获得高能钝感起爆药。相关成果在线发表于《先进材料》杂志上。

永利皇宫平台游戏网址,4月20日,记者了解到,中国工程物理研究院化工材料研究所含能分子创制团队冯永安、邓沐聪等成功研发了一种新型有机起爆药ICM-103,相关研究成果在线发表于《自然—通讯》。

起爆药作为初始装药直接装填或者与氧化剂、还原剂等混合后装填于火工品,直接控制着火工品或火工系统的感度、威力和各种作用效果。美国、俄罗斯、德国、英国等国从未间断对新型起爆药的开发与研究,一直都在不断探索与寻找性能更加优异、安全稳定性好的新型起爆药。

研究人员从构建有机氮杂稠环结构入手,发明了特殊的“一锅法”,将构建高氮稠环骨架、引入起爆所需“扳机键”基团等实验步骤合一,获取了新型有机绿色起爆药,命名为ICM-103。ICM-103的分子结构中不含高氯酸根、重金属等高毒性成分,也不含苯、硝基酚等具有致畸、致癌、致突变生物毒性的结构。同时,这种起爆药的安全性也相应提高。

杨利等首次创新性地实现了以含铜有机框架作为前驱体,通过高温碳化和气-固叠氮化反应制备得到一类静电钝感的碳-叠氮化铜复合材料。他们借用了MOFs中的结构特点,选取含铜离子的MOFs材料作为基底,通过碳化的方式使得配体结构中的原子转变为碳原子,其结构仍会保持原有结构中的原子排序与多孔性能的存在。这种多孔性能的极大优势是使得该化合物在进行叠氮化反应时更加完全。原有结构中的原子排序有效地隔离了叠氮化铜分子,降低了其在受到外界弱刺激下的敏感程度。该方法有效改善了高能起爆药敏感、不安全的特点,在航天航空、武器系统以及民用爆破器材等领域中具有极大的应用价值。

起爆药是一种特殊的火药,对外界的微小刺激非常敏感。目前应用最广泛的叠氮化铅和有机起爆药二硝基重氮酚等,都因含有重金属类、高氯酸类或硝基酚类物质,对人身安全和环境生态存在严重威胁。此外,现有起爆药还受到安全性差、合成方法复杂、稳定性不够等困扰。

据了解,起爆药,易受外界能量激发而发生燃烧或爆炸,并能迅速形成爆轰的一类敏感炸药。对外界一定的热、电、光、机械等激发能有较大的敏感度,并能输出足够的能量,以爆轰波引爆猛炸药引起爆轰。起爆药通常分为单体、混合和复盐起爆药三类。起爆药感度高,爆轰成长期短。爆轰所产生的爆轰波,用以引爆猛炸药,所以也称初发炸药。按照组成,可分为单质起爆药、混合起爆药及复盐起爆药三类;按激发方式可分为针刺药、击发药、摩擦药及导电药等。

在近代含能材料发展的早期,含能材料的种类较少且分类粗糙,一般以问世先后和材料基团作为分类依据。早期的含能材料功能较为单一,且一度以追求更大的爆炸威力为最优先考量。

随着含能材料在军事上的广泛运用,人们逐渐发现,在不同场合下,对含能材料的要求是不同的,如对于炮弹装药来说,要求威力尽可能的大,但同时必须足够的安全、耐高压,以防止在炮膛内爆炸,但这就带来了一个矛盾,早期的激发方式仅点燃或机械撞击两种,如果炸药足够钝感,则往往会带来不能可靠激发的问题,这个时候,一类既能输出合适的起爆能量,其本身的威力又不会过高的含能材料有了用武之地。这一类含能材料统称为起爆药。起爆药是外力激发和炸药引爆的桥梁,起爆药的存在,使人类可以进一步的提升炸药的安全性,而将起爆的可靠性交给起爆药来负责。

通过含能材料的释能原理,我们知道含能材料虽然化学热不高,但是反应速率极快,因此化学反应的功率极大,起爆药的原理也是如此。与炸药相比,起爆药的爆速较低,目前的常规起爆药,爆速一般在2000m/s——5000m/s,而炸药的爆速一般在7000m/s——9000m/s。但与此同时,起爆药在被点火后,燃烧转爆轰所需时间极短,一般只需要微秒或纳秒,而炸药则需要的时间更长。起爆药一经点火而不会出现熄灭,并迅速的发生爆轰,而猛炸药经点火燃烧不仅需要更长的燃烧时间,有时还会出现熄火。起爆药的点火特性使他具有了高敏感度,在外界很小的能量刺激下就可以输出冲击波,从而可以引爆炸药。

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