ANPyO Bi(III)含能配合物的合成、表征、热分解行为及其对高氯酸铵热分解的催化作用

合成了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO) Bi(III)含能配合物,采用FTIR、元素分析和XPS光电子能谱表征了含能配合物的结构.根据结构表征结果推测,ANPyO Bi(III)含能配合物的分子式为Bi(C5H4N5O5)3,金属离子与配体的配比为1∶3.其中,可能的配位方式为:每个配体ANPyO 2-位的氨基脱去一个氢原子,分别以NH和N→O结构单元中N原子和O原子与Bi(III)形成配位键.ANPyO Bi(III)含能配合物的撞击感度、摩擦感度和冲击波感分别为220 cm、36 kg和5.8 mm.采用TG-DTG和DSC测试考察了ANPyO Bi(III)含能配合物的热分解行为,配合物在50～450 ℃范围内热分解过程由一个吸热熔融峰和分解放热峰组成,相应的峰温分别为320.6 ℃和346.5 ℃,配合物热分解剩余残渣量为31.2％.同时,考察了配合物对高氯酸铵热分解的催化作用,并采用Kissinger法对纯AP和AP混合物热分解过程低温分解阶段和高温分解阶段的表观活化能和指前因子进行了计算.结果表明,ANPyO Bi(III)含能配合物可使高氯酸铵高温分解阶段和低温分解阶段的峰温提前63.6 ℃和63.1 ℃,表观活化能降低23.1 kJ/mol和61.5 kJ/mol,表观分解热增加339.3 J/g.可发现,ANPyO Bi(III)含能配合物对AP的热分解具有显著的催化作用.     

ANPyO Bi(Ⅲ)含能配合物的合成、表征、热分解行为及其对高氯酸铵热分解的催化作用（英文）

合成了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)Bi(Ⅲ)含能配合物,采用FTIR、元素分析和XPS光电子能谱表征了含能配合物的结构。根据结构表征结果推测,ANPyOBi(Ⅲ)含能配合物的分子式为Bi(C5H4N5O5)3,金属离子与配体的配比为1∶3。其中,可能的配位方式为:每个配体ANPyO 2-位的氨基脱去一个氢原子,分别以NH和N→O结构单元中N原子和O原子与Bi(Ⅲ)形成配位键。ANPyOBi(Ⅲ)含能配合物的撞击感度、摩擦感度和冲击波感分别为220cm、36 kg和5.8 mm。采用TG-DTG和DSC测试考察了ANPyOBi(Ⅲ)含能配合物的热分解行为,配合物在50~450℃范围内热分解过程由一个吸热熔融峰和分解放热峰组成,相应的峰温分别为320.6℃和346.5℃,配合物热分解剩余残渣量为31.2%。同时,考察了配合物对高氯酸铵热分解的催化作用,并采用Kissinger法对纯AP和AP混合物热分解过程低温分解阶段和高温分解阶段的表观活化能和指前因子进行了计算。结果表明,ANPyOBi(Ⅲ)含能配合物可使高氯酸铵高温分解阶段和低温分解阶段的峰温提前63.6℃和63.1℃,表观活化能降低23.1 kJ/mol和61.5 kJ/mol,表观分解热增加339.3 J/g。可发现,ANPyOBi(Ⅲ)含能配合物对AP的热分解具有显著的催化作用。     

2,4-二硝基咪唑含能锂盐的热分解行为及其对AP热分解的催化作用

为寻求2,4-二硝基咪唑为配体的新型含能催化剂,以2,4-二硝基咪唑和碳酸锂为原料,丙酮为反应溶剂,合成了2,4-二硝基咪唑含能锂盐(Li-DNI)。采用元素分析,1HNMR,13CNMR和XPS表征其结构。采用TG-DTG和DSC分析了Li-DNI的热分解行为及Li-DNI与高氯酸铵(AP)热分解反应过程中的互为催化反应。用Kissinger公式和Ozawa公式计算了Li-DNI热分解反应的表观活化能及Li-DNI/AP混合物在低温分解阶段(LTD)和高温分解阶段(HTD)的非等温反应动力学参数。结果表明,Li-DNI分子式为Li C3HN4O4·H2O。Li-DNI热分解过程主要由一个吸热熔融峰和分解放热峰组成,相应峰温分别为84.5℃和310.7℃,放热分解反应表观活化能为153.3 k J/mol。Li-DNI与AP热分解反应过程中产生互为催化作用:Li-DNI可加快AP热分解,使AP在LTD和HTD阶段的峰温和表观活化能分别降低41.8℃和75.6℃,56.0 k J/mol和10.8 k J/mol,表观放热量增加432.3 J/g,显示Li-DNI对AP热分解具有较好的催化作用。AP也可加速Li-DNI热分解,可使Li-DNI剧烈分解阶段的峰温提前19.9℃。     

纳米AP/Fe_2O_3复合氧化剂的制备及其机械感度和热分解特性

利用溶胶-凝胶法,通过引入1,2-环氧丙烷作为Fe(Ⅲ)离子的水解促进剂,在温和、无毒的条件下制备了纳米AP/Fe2O3的湿凝胶,经超临界干燥后得到AP/Fe2O3纳米复合氧化剂的气凝胶.利用TEM、SEM、EDS和DSC时样品微观形貌、表面元素组成和热分解特性进行了研究,并测试了它们的撞击和摩擦感度.结果表明,该复合氧化剂具有纳米尺寸,其中AP粒度在50～90 nm之间,Fe2O3粒度约加nm.AP/Fe2O3撞击感度普遍高于纯AP撞击感度.但AP/Fe2O3摩擦感度低于纯AP摩擦感度.另外,AP/Fe2O3分解放热峰温度较纯AP有很大程度提前,放热量也显著增加,其中含90%AP的纳米复合氧化剂高、低温分解峰较纯AP分别提前了124.96 ℃和113.02℃,放热量增加了438.85%.     

纳米NiO/CNTs和Co3O4/CNTs对AP及HTPB/AP推进剂热分解的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉淀法制备了纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子,应用TEM、SEM、XRD、EDS、BET等方法对产物形貌、结构进行了表征,并用DSC研究了纳米N iO、Co3O4、CNTs等单一粒子及纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子对AP及HTPB/AP推进剂热分解的催化作用。结果表明,纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。纳米N iO、Co3O4、CNTs等单一粒子和纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子均能使AP及HTPB/AP推进剂热分解的高温分解峰温降低、表观分解热增加,表现出良好的催化性能。相比而言,纳米复合粒子的催化性能均优于其相应单一组分,表现出良好的正协同作用。复合粒子中以Co3O4/CNTs复合粒子的催化效果最为显著,使AP和HTPB推进剂的高温分解峰温降低了153.06℃和60.0℃,使总表观分解热分别增加了1 163 J/g和920 J/g。     

纳米CuO的制备及与高氯酸铵复合方式对其热分解的影响

用室温固相反应法制备了纳米CuO,用XRD表征了其物相,用TEM观察了其形貌,比较了煅烧对产品粒径和分散性的影响。用干法研磨、湿法研磨、溶剂-非溶剂法、喷雾干燥溶剂-非溶剂法4种复合方法制备了CuO/AP复合粒子,用TG-DSC测定了复合粒子热分解温度、分解速率和表观分解热,用SEM观察了复合粒子的形貌。结果表明,煅烧后的CuO颗粒容易聚集;4种复合方法均能大幅降低AP的分解温度。其中,以喷雾干燥溶剂-非溶剂法最能充分利用CuO对AP的催化性能,与不加CuO相比,AP的低温分解放热峰温降低了42.7℃,高温分解放热峰温降低了113.1℃,表观分解热增加了110.9%。制备方法会影响CuO的分散性和AP粒子的形貌,进而影响AP的热分解过程。     

纳米Ni、Ni-P、Ni-B粒子制备及催化AP热分解的研究

采用改进的化学镀镍方法,制备了纯度较高的纳米Ni、Ni-P及Ni-B粒子。运用透射电子显微镜(TEM)和X-ray射线衍射(XRD)方法对纳米粒子的物相、组织形貌和粒度进行了表征,并通过TG-DTA热分析实验,研究了制备的纳米粒子对AP热分解过程的催化影响。结果表明,纳米Ni粒子为面心立方晶体,呈现球形且平均粒径为60 nm左右;纳米Ni-P、Ni-B粒子为非晶合金,粒子呈现松散的聚集状态,形状不规则,粒径分布分别为10~80 nm和30~50 nm。制备的纳米粒子对AP低温和高温热分解反应均有促进作用,对高温分解的催化效果更明显,而Ni-B粒子的催化效果最为显著。加入质量分数为5%的Ni或Ni-P粒子,能将AP的高温热分解峰温分别降低53℃或80℃左右;而加入质量分数为5%的Ni-B粒子,能将AP的高温热分解峰提前125℃左右,与其在321.68℃的低温热分解峰重合,并使得整体热分解在368.33℃时就完全结束。     

含能增塑剂一缩二甘油四硝酸酯的基本性能

以硝酸铵为硝化剂,浓硫酸为脱水剂,一缩二甘油为前驱体,制备了含能增塑剂一缩二甘油四硝酸酯(DGTN);采用核磁共振确认了产物的分子结构;对DGTN进行了DSC分析,计算了DGTN热分解的表观活化能(E_K)、指前因子(A_K)、速率常数(k)、活化焓(ΔH~≠)、活化自由能(ΔG~≠)和活化熵(ΔS~≠)。同时,利用TG-IR分析研究了DGTN的热分解产物。测试了DGTN的撞击感度,计算了DGTN单元推进剂的标准比冲(I_(sp))、特征速度(C~*)、燃烧室温度(T_c)和燃烧产物平均相对分子质量(M_c),并与NG进行了对比。另外,利用DSC分析研究了DGTN与AP和HMX的相容性。结果表明,DGTN的分解峰温在199～208℃之间,表观热分解活化能为164.4 k J/mol,分解产物为CO_2、NO_2、CH_4和H_2O,还有少量CO、NO和CH_2O生成。DGTN的撞击感度明显低于NG,能量性能与NG相近。DGTN的加入未影响AP和HMX的热分解过程,AP和HMX也未影响DGTN的热分解过程,说明DGTN与AP和HMX有较好的化学相容性。     

Fe2O3/CNTs复合粒子的制备及其对AP热分解催化性能的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用溶胶-凝胶法制备了Fe2O3/CNTs复合粒子,应用红外光谱仪(FT-IR)、X-ray衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、比表面积分析仪(BET)等手段对产物的结构、形貌、粒度和比表面积进行表征,并用差示扫描量热仪(DSC)研究了纯CNTs、CNTs和Fe2O3简单混合、Fe2O3/CNTs复合粒子及不同比例Fe2O3/CNTs复合粒子对AP热分解的催化作用。结果表明,Fe2O3/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。Fe2O3/CNTs复合粒子可显著降低AP热分解峰温,使总表观分解热明显增加,高温分解的表观活化能降低,热分解反应速率常数增加,表现出显著的催化效果。     

SnO2-Cu2(OH)3NO3-CuO复合超细粉体的制备及其对AP热分解催化作用

通过水热法合成了SnO2-Cu2(OH)3NO3-CuO、Cu2(OH)3NO3-CuO及SnO2超细粉体,采用XRD、FTIR、TEM和SEM等分析手段对水热产物的物相组成、形貌、粒径进行了分析表征,并考察了它们对AP热分解的催化性能。DSC测试结果表明,水热法合成的SnO2-Cu2(OH)3NO3-CuO复合超细粉体,对AP的热分解催化效果显著,当其添加量为3%时,能使AP的高温热分解峰温降低155℃左右。     

CoB和CoB/SiO2对AP热分解的催化活性研究

采用化学沉积方法,制备了纳米尺度CoB和SiO2·负载的CoB/SiO2催化剂.通过热重-差热分析(TG-DTA)实验,研究了催化剂在AP热分解过程中的催化性能.结果表明,CoB和CoB/SiO2对AP热分解均表现出催化活性,CoB/SiO2的活性更强；质量分数5％的CoB/SiO2,可将AP高温热分解峰的峰温降低16...     

含CL-20的NEPE推进剂热分解

借助热重-微商热重(TG-DTG)试验和差示扫描量热(DSC)试验研究了含CL-20的NEPE推进剂的热分解特性,探索了主要组分NG、CL-20、AP和催化剂之间的相互作用。实验结果表明,该推进剂的热分解过程分3个阶段:增塑剂(NG)的挥发和分解,PEG CL-20的分解,AP的分解。CL-20促进了NG和PEG的分解,NG与PEG并未影响CL-20的分解。AP的加入促进了CL-20的分解,同时CL-20也使AP的分解由单质2步分解合并为1步。Al粉在该体系中与其他组分的相互作用较弱。催化剂Ct1和Ct2在一定程度上抑制了推进剂中NG、CL-20和AP的起始分解,对于NG起始分解的抑制作用更为明显,当温度升高,抑制作用消失即分解开始时,分解速率大幅提高,从而使推进剂热分解的放热历程缩短,致使推进剂燃速提高。     

纳米CuFe_2O_4的制备及其对高氯酸铵热分解的催化性能

以硝酸铜、硝酸铁为反应物,氨水为沉淀剂,PEG-400为分散剂,通过共沉淀法合成了纳米CuFe_2O_4。利用XRD、FE-SEM、TEM表征了纳米CuFe_2O_4颗粒的结构、粒径及形貌。同时,采用DSC研究了纳米CuFe_2O_4对AP热分解的催化性能。结果表明,所得的产物主要为尖晶石结构的CuFe_2O_4,粒径约为200 nm,呈类球形。DSC分析表明,纳米CuFe_2O_4对AP的催化效果优于单独使用共沉淀法制备的纳米CuO、纳米Fe2O3或者纳米CuO+Fe_2O_3(CuO和Fe_2O_3的摩尔比是1∶1)混合物的催化效果。纳米CuFe_2O_4对不同粒径的AP均具有显著的催化作用,且2%含量为纳米CuFe_2O_4催化AP的最佳使用量,可使64、6、1μm AP的高温分解峰温分别从441.3、433.8、416.9℃降低至356.8、379.8、355.2℃;表观分解热分别从941、1167、1312 J/g增加至1734、1 838、1 855 J/g;同时使64、6、1μm AP的热分解反应速率常数分别增大。随着AP粒径的减小,其团聚性增强,很难与纳米CuFe_2O_4形成均匀混合物。因此,想要提高纳米CuFe_2O_4对超细AP的催化性能,应该从解决纳米CuFe_2O_4和超细AP的分散均匀性入手。     

碳纳米管/HTPB复合粒子的制备及其催化性能研究

用HTPB对碳纳米管（CNTs）进行改性,改善其对AP热分解的催化性能,并使用TEM和FTIR对其进行表征。热重分析表明,CNTs／HTPB复合粒子中HTPB的含量为28．57％。采用差示热分析（DTA）研究了CNTs／HTPB复合粒子对AP热分解的催化性能。结果表明,CNTs／HTPB复合粒子对AP的热分解具有一定的催化性能,与纯AP相比,高温分解峰温提前了111．9℃,表观分解热由309．92J／g提高到987．18J／g,优于CNTs与AP的简单混合样,表明经过HTPB改性后CNTs对AP具有较好催化性能,同时AP与CNTs／HTPB复合可使其高温分解峰温进一步降低9．8℃。     

3,5-(硝氨基)-1,2,4-三唑肼盐的热行为研究（英文）

利用TG-DTG、DSC技术详细研究了3,5-（硝氨基）-1,2,4-三唑肼盐（HDNAT）的热分解过程、分解反应动力学及其与HMX、RDX、NC、NG、吸收药（NC+NG）、DINA、DNTF和铝粉等含能材料的相互作用和相容性。研究结果表明,在160²30℃温度范围内,HDNAT的分解过程存在一主一次两个放热分解过程,在DSC曲线上表现为一个明显的放热峰和一个3肩缝;HDNAT的热分解符合"成核增长"历程,分解反应机理函数为dα/dt=10^19.8（1-α）[-ln（1-α）]^3/5 e^-22.2/T.,其分解反应活化能Ea=184.8kJ·mol^-1,指前因子A=1019.4s^-1;HDNAT与DINA和NDTF之间存在明显的相互作用,与之不相容;与RDX之间有微弱的相互作用,相容性较差;与HMX、NC、NG、（NC+NG）和Al之间不存在相互作用,相容性良好。     

AP粒度对其感度、推进剂燃烧速度及临界电子激发能的影响

研究了固体推进剂中氧化剂AP的平均粒度对其撞击感度和摩擦感度的影响,以及当AP加入改性双基推进剂中后,其平均粒度对改性双基推进剂燃烧速度的影响。揭示了影响AP撞击感度、摩擦感度以及推进剂燃烧速度的主要原因,即AP颗粒大小与引起其分解所需的临界电子激发能之间的关系。这对超细AP在推进剂中的安全合理应用具有重要指导意义。     

CuO/CNTs复合催化剂的制备及对FOX-12热分解的催化性能

以醋酸铜和碳纳米管为原料,采用溶胶浸渍法在常压低温(100℃)下制备出CuO/CNTs复合催化剂,采用XRD、TEM、ICP等对催化剂进行表征,并用DSC研究催化剂对FOX-12热分解特性的影响。TEM结果表明,纳米CuO以8~10 nm的椭球形粒子和宽度为5 nm、长度为50 nm的棒状粒子2种形态附着在碳纳米管表面。催化剂使FOX-12分解峰温降低、放热量增加、表观活化能降低,表现出良好的催化性能。当FOX-12与催化剂以质量比5:1混合时,FOX-12热分解峰温降低了20.3℃,ΔH增加了332 J/g。     

HTPE推进剂热分解特性研究

利用差示扫描量热法(DSC)得到端羟基聚醚(HTPE)推进剂(H01和H02)在不同升温速率下热分解曲线,用Kissinger公式和Ozawa公式计算了H01和H02热分解的表观活化能;利用绝热加速量热仪(ARC)对H01和H02进行绝热量热测试,得到H01和H02的热分解特性参数。结果表明:HTPE推进剂(基础配方为HTPE/A3/AP/Al/PSAN)中相稳定硝酸铵(PSAN)/高氯酸铵(AP)含量比值增加对推进剂的初始分解峰影响不大,HTPE推进剂的第一步分解是增塑剂A3的热分解,H01和H02的表观活化能分别为127.28kJ·mol~(-1)和123.43kJ·mol~(-1);在绝热条件下,H01的起始分解温度较高(147.78℃),高于H02的起始分解温度(136.44℃),反应结束后,两种物质系统的最大压力分别为0.709 MPa和0.531 MPa;H01的绝热温升(246.94℃)高于H02(184.47℃),发生热分解反应时,严重度更大,初始的热分解反应更为剧烈。因此,PSAN/AP含量比值增加有助于降低HTPE推进剂在热刺激下的响应程度。     

纳米NiCu复合粉对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用

制备了不同Ni、Cu比例的纳米NiCu复合粉,用差示热分析(DTA)法研究了纳米NiCu复合粉对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用。结果表明,纳米NiCu复合粉可显著降低AP以及AP/HTPB推进剂的热分解峰温,使总表观分解热明显增大,表现出显著的催化效果。Ni与Cu的比例对纳米NiCu复合粉的催化性能有较大的影响,随着Cu含量的增加,催化性能增强,以Ni60Cu40的催化效果最好。随着纳米NiCu复合粉加入量的增加,其催化作用增强。探讨了纳米NiCu复合粉催化AP热分解的作用机理。     

Ce掺杂纳米NiFe2O4的制备及其对AP热分解催化性能影响

以硝酸镍、硝酸铁、硝酸铈为氧化剂,水溶性肼类燃料为还原剂,添加金属离子络合剂、分散剂,采用溶胶燃烧合成法制备了Ce掺杂的纳米NiFe2O4粉体,利用X-ray衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)等仪器,对产物的形貌、结构进行表征,同时采用差示扫描量热仪(DSC)研究了产物对高氯酸铵(AP)热分解的催化作用。结果表明,所制备的纳米粉体粒径范围在30～60 nm,有良好分散性,Ce掺杂量在0.09以内,产物为单相尖晶石结构,没有杂相。随着Ce掺杂量的增加,产物使AP的高温分解峰温度逐渐降低,表观分解热增加。在Ce掺杂量为0.09时,使AP高温分解峰温度降低57.8℃,表现出较强的催化性能。