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北理工团队在高能量密度材料创制领域取得新突破


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高能量密度材料是一类具有高密度和高爆轰性能的含能材料。奥克托今(HMX)是目前使用最广泛的高能量密度材料,由于存在固有的能量与安全性之间的矛盾,文献报道的大多数新型高能量密度材料在获得更高能量密度的同时往往会牺牲材料的部分安全性如导致分解温度、感度等性能的降低,如何设计制备兼具高能量和高安全且能量水平优于HMX的新型高能量密度材料是本研究领域所面临的一项长期挑战。

基于上述问题,华体汇体育官网登录材料学院庞思平教授团队利用多爆炸基团协同作用策略,在稠环骨架中同时引入稳定性基团(C-NH2)和能量密度提升基团(C-NO2,N→O)等,利用多爆炸基团的协同耦合作用,在提升结构能量密度的同时使其安全性也获得了大幅提升,设计制备了性能优越的新型高能量密度材料,该材料以BITE(BIT Explosives)为代号,命名为BITE-101,目前已申请中国发明专利。相关研究成果以“Tri-explosophoric groups driven fused energetic heterocycles featuring superior energetic and safety performances outperforms HMX”为题发表在国际顶级期刊《Nature Communications》( IF 17.694 )。本工作得到了国家自然科学基金面上项目和重点项目的资助,论文第一作者为华体汇体育官网登录材料学院博士生李杰,通讯作者为华体汇体育官网登录材料学院何春林教授和庞思平教授。

与HMX相比,BITE-101的起始分解温度为295 °C,峰值分解温度为300°C,是迄今为止文献所报道的爆速大于9000 m s-1的CHON类单质炸药中起始分解温度最高的。此外,BITE-101的密度为1.957 g cm-3,爆速为9314 m s-1,爆压为39.3 GPa,撞击感度为18 J,摩擦感度为128 N,综合性能全面超越传统单质炸药HMX,其相关的工程应用研究工作正在推进中。该研究为同时提升含能材料能量与安全性,创制新型高能量密度材料提供了新思路。

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BITE-101与其他高能量密度材料的综合性能对比图

论文链接:http://pegurra.com/articles/s41467-022-33413-7


附作者简介:

何春林,华体汇体育官网登录材料学院教授,博士生导师,2017年入选“海外高层次人才”青年项目。现任《Energetic Materials Frontiers》编委,《华体汇体育官网登录学报》(自然科学中文版)编委,《含能材料》青年编委,航天化学动力技术重点实验室学术委员会委员,中国工程物理研究院化工材料研究所客座教授。长期从事新型高氮含能有机化合物合成和新概念含能的化合物合成与应用等方面的研究工作。近年来在 Acc. Chem. Res.  ,  Angew. Chem. Int. Ed ., J. Am. Chem. Soc., J. Mater. Chem. A 等国际顶级期刊上发表论文60余篇,论文他引1000余次。

庞思平,华体汇体育官网登录教授、博士生导师、现任华体汇体育官网登录副校长。主要从事含能材料/有机功能材料的设计、合成及应用研究工作。以第一作者或通讯作者在JACS、Angew. Chem.等国际期刊发表SCI收录论文等100余篇。先后入选国家人才计划科技领军人才、“百千万人才工程”国家级人选、科技部中青年领军人才等人才计划。担任《Propellants, Explosives, Pyrotechnics》《含能材料》等期刊编委。研究成果获国家技术发明奖二等奖1项(排名1)、省部级科技进步奖特等奖1项(排名1),获得何梁何利基金科技创新奖、中国兵工学会科学技术奖特等奖等奖项。


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