北理工教師在MOFs作為前驅(qū)體的起爆藥研究方面取得突破性進(jìn)展
發(fā)布日期：2016-05-26 供稿：機電學(xué)院 重點實驗室 攝影：機電學(xué)院 重點實驗室
編輯：廖峭 審核：陳軍 閱讀次數(shù)：火工藥劑技術(shù)在武器彈藥、航空航天中起點火、傳火、引爆、傳爆、延期、精確作功以及煙火效應(yīng)等作用。它是武器系統(tǒng)始發(fā)能源的關(guān)鍵器件和裝置，也是武器系統(tǒng)中最重要的子系統(tǒng)。起爆藥作為初始裝藥直接裝填或者與氧化劑、還原劑等混合后裝填于火工品，直接控制著火工品或火工系統(tǒng)的感度、威力和各種作用效果。美國、俄羅斯、德國、英國等國從未間斷對新型起爆藥的開發(fā)與研究，一直都在不斷探索與尋找性能更加優(yōu)異、安全穩(wěn)定性好的新型起爆藥。
北京理工大學(xué)爆炸重點實驗室楊利教授與王博教授合作，首次創(chuàng)新性地實現(xiàn)了以含銅有機框架（MOFs）作為前驅(qū)體，通過高溫碳化和氣-固疊氮化反應(yīng)制備得到一類靜電鈍感的碳-疊氮化銅復(fù)合材料。該方法的提出，有效地借用了MOFs中的結(jié)構(gòu)特點，有機配體和金屬離子或團簇的排列具有明顯的方向性，可以形成不同的框架孔隙結(jié)構(gòu)。選取含銅離子的MOFs材料作為基底，通過碳化的方式使得配體結(jié)構(gòu)中的原子轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚?，其結(jié)構(gòu)仍會保持原有結(jié)構(gòu)中的原子排序與多孔性能的存在。這種多孔性能的極大優(yōu)勢是使得該化合物在進(jìn)行疊氮化反應(yīng)時更加完全，避免了部分未發(fā)生疊氮化反應(yīng)即保留著銅原子本身而影響疊氮化銅的起爆威力，也避免了在疊氮化過程中產(chǎn)生疊氮亞銅，增加起爆藥的不安全因素。原有結(jié)構(gòu)中的原子排序有效地隔離了疊氮化銅分子，降低了其在受到外界弱刺激下的敏感程度。
圖1 碳-疊氮化銅復(fù)合材料的合成方法
該碳-疊氮化銅復(fù)合材料具有鈍感的靜電火花感度，50%靜電發(fā)火能量為1.6 mJ，明顯高于疊氮化銅（0.2 mJ）和斯蒂芬酸鉛（0.5 mJ）等常規(guī)的高能量起爆藥，具有合成方法簡單、安全穩(wěn)定等顯著優(yōu)勢。同時，通過該方法得到的碳-疊氮化銅復(fù)合材料10 mg就可以獨立完成點火起爆黑索金，具有更小的極限藥量，在航天航空、武器系統(tǒng)以及民用爆破器材等領(lǐng)域中具有極大的應(yīng)用價值。
圖2 碳-疊氮化銅復(fù)合材料的感度性能
目前，該成果以“Metal-Organic Framework Templated Synthesis of Copper Azide as the Primary Explosive with Low Electrostatic Sensitivity and Excellent Initiation Ability” 為標(biāo)題在線發(fā)表于國際頂級期刊《Advanced Materials》（影響因子17.43）。審稿專家給予了高度評價：“利用新型多孔骨架材料通過簡單方法獲得高能鈍感起爆藥，有效地改善了高能起爆藥敏感、不安全的特點，這種理念的提出打破了使用復(fù)雜的有機合成方法制備含能材料的傳統(tǒng)思想，是一種全新的設(shè)計方法，是近年來含能材料領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的重大突破，該論文第一時間就被推薦作為VIP文章發(fā)表”。
該工作主要由楊利教授指導(dǎo)的博士研究生王乾有完成，并得到了爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室自主課題基金的資助。
論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201601371/full
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