湿热耦合作用下HNIW的多路径相变行为与诱导机制研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:21805259
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:26.8万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:B0510.含能材料化学
- 结题年份:2021
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:孙杰; 张浩斌; 李华荣; 贾建慧; 余治慧;
- 关键词:
项目摘要
Hexanitrohexaazaisowurtzitane (HNIW) has been widely researched with high expectations as known to be practical application of highest energy density explosives. However, the polymorphic transition behaviors of HNIW in different environments make its safety and reliability significantly reduced, thus restricting its application and popularization in weapon systems. Therefore, exploring the induction factors and inherent mechanism of HNIW phase transition, and seeking a reliable method to control the phase transition behaviors is one of the most pivotal problems in the current study of HNIW. Accordingly, in this project, an investigation will be carried out to aim at understanding the competitive mechanism of HNIW multidirectional phase transitions in hygrothermal environment. Humidity and temperature synchronous loading device will be designed. With advanced in situ characterization techniques, the multidirectional phase transition rules of HNIW with different crystal characteristics (such as purity, particle size, defect etc) as the main parts will be investigated under various humidity/temperature environments. The relationships between the phase transition behaviors and the key microstructure parameters of HNIW will also be obtained. Moreover, with molecular dynamic simulations, the transference and diffusion behaviors of water molecules will be calculated when HNIW crystal structures are rearranging. The relationships between interfacial reaction and molecular cluster size of HNIW will also be explored. In addition, combined with experimental results, the rules and mechanism of HNIW multidirectional phase transition behaviors induced by temperature and humidity will ultimately be revealed. The research results provide basic support for controlling crystal structure stability of HNIW and selecting process techniques of HNIW explosive formulation.
作为目前能量密度最高的硝胺类单质炸药,HNIW一经问世就被寄予厚望,然而其在复杂环境中表现出的多晶型相变行为,使得其安全性和可靠性显著降低,以致其在武器系统中的应用与推广受到制约。因此,探索HNIW相变过程的影响因素,认识其内在的转变机制,对于有效控制其不利相变具有非常重要的作用。本项目以我们近期发现的湿热耦合效应下HNIW的多路径相变现象为入手点,通过设计原位加载实验装置,借助高分辨的在线表征技术,重点考察湿热环境下不同晶体特性(纯度、颗粒度、缺陷等)HNIW的相变规律,探寻关键结构参量与相变行为之间的关联;并通过分子动力学模拟,研究水分子在HNIW晶体结构重排过程中的迁移与扩散行为,寻找界面过程反应与分子团簇大小之间的关系,结合相关实验结果,最终认识HNIW在湿热耦合作用下的多路径相变规律与诱导机制,为HNIW的环境适应性和应用可靠性研究提供支撑。
结项摘要
多晶型炸药的相变现象严重影响其使用性能,HNIW 虽具有很好的潜在应用前景,但其晶体结构稳定性一直制约着它自身的发展。为深入认识HNIW 对于复杂环境的适应性,挖掘其在湿热环境下的多路径相变与诱导机制,本项目以首次发现湿热耦合效应引起HNIW 炸药多路径相变的现象为出发点,搭建了湿热精确可调原位加载装置,并在X-射线粉末衍射仪上进行使用,建立了温湿度精确可调的原位协同加载技术。通过筛选不同晶体特性HNIW晶体,开展了HNIW的晶体特性与热晶变的关联机制研究,发现晶体尺寸效应会改变HNIW热晶变行为,超细HNIW晶体的热晶变起始温度较100μm晶体高,但晶变速率更快,可从晶体缺陷的两面性解释该异常热晶变行为。HNIW固态晶型转变是内部诱导与外部诱导协同作用结果,HNIW晶体的表面缺陷及内部缺陷越多,将降低晶变起始温度,晶变活化能也相对降低,从而促使晶变发生,同时结合纳米尺寸效应揭示了晶体形貌及颗粒尺寸对HNIW晶变的影响机制。研究发现湿热环境下HNIW的颗粒尺寸效应导致其多路径相变行为(ε→γ、ε→α),针对湿热环境下HNIW热晶变温度大幅降低(从135℃降低到80℃)的问题,探索了不同晶体特性HNIW晶体的湿热环境下结构稳定性,发现晶体特性的差异是导致HNIW出现多路径相变的关键因素,在低湿热条件下HNIW的结构相变并不明显,但其微结构损伤将导致晶相结构稳定性变差且相变温度降低。结合理论计算,得出湿热环境会诱导HNIW发生气-固界面反应,使得水分子嵌入HNIW晶体的晶胞中,这种嵌入方式是有一定选择性,提出了水分子通过表面微溶诱导成核生长机理促使炸药发生晶型转变从而嵌入到HNIW晶体内部。本项目属于应用基础研究,对于以HNIW为基的炸药配方研制、加工成型工艺、性能测试方法和弹药贮存方式的选择都具有十分重要的意义。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(3)
Host-guest energetic materials constructed by incorporating oxidizing gas molecules into an organic lattice cavity toward achieving highly-energetic and low-sensitivity performance
通过将氧化气体分子纳入有机晶格空腔中构建的主客体含能材料,以实现高能和低灵敏度的性能
- DOI:10.1039/c8cc07347c
- 发表时间:2019
- 期刊:Chemical communications
- 影响因子:4.9
- 作者:Xu Jinjiang;Zheng Shensheng;Huang Shiliang;Tian Yong;Liu Yu;Zhang Haobin;Sun Jie
- 通讯作者:Sun Jie
Pressure-Induced In Situ Construction of P-CO/HNIW Explosive Composites with Excellent Laser Initiation and Detonation Performance.
具有优异激光起爆和爆炸性能的 P-CO/HNIW 爆炸复合材料的压力诱导原位构建。
- DOI:10.1021/acsami.1c03856
- 发表时间:2021
- 期刊:ACS applied materials & interfaces
- 影响因子:9.5
- 作者:Jie Sun;Yiling Tan;Jinjiang Xu;Huiyang Gou;Zengming Zhang;Haobin Zhang;Shanhu Sun
- 通讯作者:Shanhu Sun
Smart Host–Guest Energetic Material Constructed by Stabilizing Energetic Fuel Hydroxylamine in Lattice Cavity of 2,4,6,8,10,12-Hexanitrohexaazaisowurtzitane Significantly Enhanced the Detonation, Safety, Propulsion, and Combustion Performances
通过稳定2,4,6,8,10,12-六硝基六氮杂异武兹烷晶格腔中的含能燃料羟胺构建的智能主客体含能材料显着增强了爆炸、安全、推进和燃烧性能
- DOI:10.1021/acsami.1c20859
- 发表时间:2021
- 期刊:ACS applied materials & interfaces
- 影响因子:9.5
- 作者:Sun Shanhu;Zhang Haobin;Wang Zhiqiang;Xu Jinjiang;Huang Shiliang;Tian Yong;Sun Jie
- 通讯作者:Sun Jie
晶胞内嵌H_2O_2分子的CL-20基主客体炸药的温和制备(英文)
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:含能材料
- 影响因子:--
- 作者:余治慧;徐金江;孙善虎;王洪范;张浩斌;段晓畅;朱春华;王树民;孙杰
- 通讯作者:孙杰
Experimental and Theoretical Study on the Stability of CL-20-Based Host-Guest Energetic Materials
CL-20基主客体含能材料稳定性的实验与理论研究
- DOI:10.1021/acs.jpca.0c04588
- 发表时间:2020
- 期刊:Journal of Physical Chemistry A
- 影响因子:2.9
- 作者:Ding Ruiqin;Xu Jinjiang;Tao Yuting;Sun Jie;Lei Ming
- 通讯作者:Lei Ming
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其他文献
HTPB基粘结体系中ε-CL-20的晶型转变规律
- DOI:10.11943/j.issn.1006-9941.2015.02.002
- 发表时间:2015
- 期刊:含能材料
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- 作者:徐金江;蒲柳;刘渝;孙杰;焦清介;郭学永;刘晓锋
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变温红外光谱法研究FOX-7的相变(英文)
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- 发表时间:2016
- 期刊:含能材料
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[Bmim]BF_4及[Bmim]CF_3SO_3中不同形貌LLM-105晶体的制备及表征
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:含能材料
- 影响因子:--
- 作者:蒲柳;徐金江;宋功保;孙杰
- 通讯作者:孙杰
变温红外光谱法研究FOX-7的相变(英文)
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:含能材料
- 影响因子:--
- 作者:张红梨;刘渝;张浩斌;李诗纯;朱春华;徐金江;杨世源;李金山
- 通讯作者:李金山
添加剂对HNIW热诱导晶型转变的影响规律及作用机制
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:含能材料
- 影响因子:--
- 作者:徐金江;刘渝;张浩斌;孙杰
- 通讯作者:孙杰
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