嵌入小分子物质的主客体炸药设计、制备及性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11472252
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    86.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A1201.爆炸力学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The synthesis of higher density, greater energy containing and more stable high power explosives is one of the most exciting areas in energetic material research. In this project, host-guest chemistry is introduced into the design of novel energetic materials. A novel explosive crystal with high explosive as host and small molecules as guests is constructed via molecule engineering. Theoretical calculation methods such as DFT are used to investigate the interactions between host and guest molecules, evaluate the structural stability and explosive performance of the designed explosive crystals. Molecular dynamic simulation is applied to demonstrate the incorporation of CL-20(HMX)and guest molecules in different conditions,thus proper synthsis condition and synthesis route can be predicted theoretically. Based on the results of theoretical calculation and molecular dynamic simulation, two synthesis routs will be adopted for the synthesis of a series of host-guest explosives: (1) high pressure synthesis, in which the reaction between the gust molecules and the CL-20 (HMX) crystals in a most stalbe form or pre-transferred to a larger cavity form will process under high presure around 10MPa; (2) in-stiu crystallization, in which the guest molecules will be introduced during the recrystallization of CL-20 (HMX). The crystal structures of the resulting products will be determined and the stability, safety and energy density will be measured. Combined with the theoretical calculatiion results, the relationship between the content and the structure of the corresponding components and the resulting explosive properties,the interaction between host and guest molecules and the formation mechanism of host-guest explosives will be illuminated. This research may further enhance the energy density of present high energy explosives, change the explosion mechanism and effect, explore a novel route for the property improvement of high power explosives and provide a theoretical foundation and practical direction for the design and synthesis of novel high explosives.
设计和制备综合性能优良的高能炸药是目前含能材料研究的热点方向之一。将主客体化学思想引入炸药晶体设计,构建以CL-20(HMX)炸药为主体,嵌入小分子物质为客体的填隙式主客体炸药晶体,采用DFT计算主客体分子间相互作用,预估其结构和性能。运用MD模拟探索客体分子进入炸药晶体的条件和方式。基于MD模拟结果,拟采用两种方法进行主客体炸药制备(1)高压法:小分子物质在10MPa左右与炸药晶体反应,炸药晶体为最稳定晶型或预先转化成晶胞空腔更大的晶型;(2)原位结晶法:溶解重结晶过程通入小分子物质。测定其晶体结构、稳定性、安全性和能量等,结合理论计算成果,揭示主客体炸药组成、结构与稳定性、安全性和能量的构效关系,阐明主客体分子相互作用机理及主客体炸药形成机理。该研究可望提高炸药能量密度、或改变爆炸反应机理和效应,开辟通过嵌入小分子物质进行炸药性能调控的新途径,为新型高能炸药设计提供理论指导和技术支撑。

结项摘要

现代武器对含能材料提出了“精确打击、高效毁伤、高生存能力”等更高要求,致使传统含能材料面临严峻挑战。针对高能炸药常规设计思路难以在近期内大幅度提高炸药性能的难题,本项目将主客体化学思想引入炸药晶体设计,构建了以高能炸药CL-20为主体,在晶胞空腔内嵌入活性小分子物质为客体的新型填隙式主客体炸药晶体。. 首先,采用理论计算方法对主客体炸药进行设计,筛选了合适的客体分子,并探索了客体分子进入炸药晶体的条件和方式。其次,创造性的开发了基于气-液共组装技术、气-固置换反应技术、低温重结晶技术、超临界流体技术及金刚石对顶砧高压负载技术的主客体炸药构筑方法。成功将多种客体分子,例如N2O、CO2、O2、H2O2、NH2OH、CH3OH等分子嵌入到高能炸药CL-20的晶胞空腔中,制备获得了至少5种的新型主客体炸药晶体,其中CL-20/N2O主客体炸药的综合性能与ε-CL-20相比,得到了显著提升。并通过优化实验条件,获得了温和实验条件下主客体炸药的放大制备方法,目前已能实现单次百克量级的CL-20基主客体炸药晶体的制备。最后,利用单晶衍射仪解析获得了新型主客体炸药的晶体结构,表征获得了主客体炸药的粉末XRD、FTIR、拉曼、固体核磁、DSC-TG、TG-FTIR、原位XRD等理化性能,测试获得了主客体炸药摩擦感度、撞击感度、静电火花感度、冲击波感度等安全性能,试验获得了部分主客体炸药的燃速、爆热和爆压等数据。而且结合理论计算模拟结果,揭示了客体组分、占位率、晶体结构等参数与稳定性、安全性和爆轰能量的构效关系。利用理论计算方法,阐明了主客体分子之间的相互作用机理,并且分别提出了基于气-液反应和气-固反应的主客体炸药形成机制。. 通过本项目的研究全面完成了预期的研究内容,达到了预定目标,满足结题要求。该研究可望提升炸药晶体密度、改善氧平衡、增加释气量,并改变爆炸反应机理和效应,开辟通过晶胞内嵌活性物质进行炸药性能调控的新途径,为新型含能材料设计提供理论指导和技术支撑。

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(7)
专利数量(5)
[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
HTPB基粘结体系中ε-CL-20的晶型转变规律
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    含能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐金江;蒲柳;刘渝;孙杰;焦清介;郭学永;刘晓锋
  • 通讯作者:
    刘晓锋
Investigation on the Thermal Expansion of Four Polymorphs of Crystalline CL-20
CL-20 四种晶型的热膨胀研究
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.0c04453
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Energetic Materials
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Pu Liu;Xu Jin Jiang;Liu Xiao Feng;Sun Jie
  • 通讯作者:
    Sun Jie
Investigation on the thermal expansion of alpha-CL-20 with different water contents
不同含水量α-CL-20的热膨胀研究
  • DOI:
    10.1007/s10973-015-4884-6
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Thermal Analysis and Calorimetry
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Pu Liu;Xu Jinjiang;Song Gongbao;Tian Yong;Zhang Haobing;Liu Xiaofeng;Sun Jie
  • 通讯作者:
    Sun Jie
Thermally Induced Polymorphic Transformation of Hexanitrohexaazaisowurtzitane (HNIW) Investigated by in-situ X-ray Powder Diffraction
通过原位 X 射线粉末衍射研究六硝基六氮杂异武兹烷 (HNIW) 的热诱导多晶型转变
  • DOI:
    10.22211/cejem/62349
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Central European Journal of Energetic Materials
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Liu Yu;Li Shichun;Wang Zeshan;Xu Jinjiang;Sun Jie;Huang Hui
  • 通讯作者:
    Huang Hui

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其他文献

Studies on thermolysis of isomerized products of olefin-coordinated alkoxycarbene iron complexes. Novel thermolytic products and their structures
烯烃配位烷氧基碳烯铁配合物异构化产物的热分解研究。
  • DOI:
    10.1021/om030629l
  • 发表时间:
    2004
  • 期刊:
    Organometallics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    肖努;王蓓含;殷建国;徐强;孙杰;陈家碧
  • 通讯作者:
    陈家碧
Backbone Effect of MAP Ligands on Their Coordination Patterns with Palladium(II)
MAP配体的骨架效应对其与钯(II)的配位模式的影响
  • DOI:
    10.1021/om020475u
  • 发表时间:
    2003-03-27
  • 期刊:
    Organometallics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    王以;李欢;孙杰;丁奎岭
  • 通讯作者:
    丁奎岭
Unusual Reactions of Cationic Carbyne Complexes of Manganese and Rhenium with Reactive Salts [Et3NH][(μ-CO)(μ-RS)Fe2(CO)6]. A Route to Dimetal Bridging Carbene Complexes
锰和铼的阳离子卡宾配合物与活性盐 [Et3NH][(μ-CO)(μ-RS)Fe2(CO)6] 的异常反应双金属桥接卡宾配合物的路线。
  • DOI:
    10.1021/om9706267
  • 发表时间:
    1998-01-28
  • 期刊:
    Organometallics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    邱志雷;孙杰;陈家碧
  • 通讯作者:
    陈家碧
壳聚糖制碱性燃料电池阴离子交换膜的研究 Research on Chitosan Anion Exchange Membrane for Alkaline Fuel Cell
  • DOI:
    10.12677/se.2017.75010
  • 发表时间:
    2017-09-21
  • 期刊:
    Sustainable Energy
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡军;孙杰;李吉刚;周添;张静静
  • 通讯作者:
    张静静
Reactions of m-and p-divinylbenzene-diiron hexacarbonyl with aryllithium reagents. crystal structures of [(CO)3Fe(m- C10H10)(CO)2FeC(OC2H5)C6H4CH3-o]and [(CO)3Fe(p-C10H10)(CO) 2FeC(OC2H5)C6H4CF3-p]
间-和对-二乙烯基苯-六羰基二铁与芳基锂试剂的反应。
  • DOI:
    10.1021/om970187b
  • 发表时间:
    1997
  • 期刊:
    Organometallics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    陈家碧;于泳;孙杰
  • 通讯作者:
    孙杰

其他文献

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孙杰的其他基金

高压诱导下新型主客体炸药的构筑及稳定化机制研究
  • 批准号:
    21975234
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    66 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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