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基于微纳米LLM-105多孔球晶炸药的构筑及其形成机制研究

批准号:
22105182
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
高寒
学科分类:
含能材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
高寒

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
LLM-105作为一种新型高能钝感炸药,有望代替BTF和HNS应用于起爆/传爆序列。我们最近研究发现,对于起爆过程,LLM-105粒径越大,受到的低压长脉冲击波作用后形成的热点尺寸也越大,起爆可靠性越高;而对于传爆过程,LLM-105比表面积越大,化学反应速率越快,化学反应去宽度越窄,传爆可靠性越高。但是,对于致密的规则晶体,粒径越小比表面积越大,因此传统的单纯从粒径大小来调控的方法不能获得起爆传爆性能皆优的LLM-105炸药。本项目基于纳米材料自组装和多级结构概念,构筑一种兼具大粒径和高比表面积的LLM-105结构——多孔球晶,揭示其形成规律,表征其理化、安全及爆轰性能。开辟可控组装其它相关微纳米含能材料多级结构的普适性新途径。
英文摘要
As a new type of high energy insensitive explosive, LLM-105 is expected to replace BTF and HNS to be applied in the detonation initiation and propagation sequence. In our recent research, we found that in the detonation initiation process, with the particle size of LLM-105 increased, the explosive will have a larger hot spot size formed by the low pressure and long pulse shock wave and higher initiation reliability. In the detonation propagation process, with the specific surface area of the LLM-105 increased, the explosive will have a faster chemical reaction rate, a narrower width of the chemical reaction, and a higher reliability of the explosion propagation. But, as for dense regular crystals, smaller particle size means higher specific surface area. Therefore, traditional explosive particle regulating methods can’t meet comprehensive performance of detonation initiation and propagation. This project is based on self-assembly of nanomaterials and the.concept multilevel structure. A porous spheroidal crystals based on micro-nano LLM-105 explosive will be prepared which has both big particle and high specific surface area at the same time. Its physical and chemical properties, safety and detonation performance will be characterized and its possible self-assembly mechanism will be explored. It will open up a new way of universality for controllable assembly of multilevel structures of other related nano-micron energetic materials.
LLM-105在安全、能量、临界直径等方面的性能较平衡,采用LLM-105作为主炸药有望实现网络炸药的高安全化。但LLM-105的临界直径和被雷管起爆压力仍然较大,将网络炸药中的主炸药直接替换成LLM-105将导致网络炸药的临界传爆尺寸增加,被雷管起爆困难。对LLM-105颗粒形态的调控是解决该问题的有效途径,掌握LLM-105颗粒形态对网络炸药传爆性能的影响规律和机制是提高炸药传爆性能的基础。本项目提出构建微纳米LLM-105多孔球晶并对自组装前后晶体形貌、结构、热性能和纯度进行对比,测试微纳米LLM-105多孔球晶的理化、安全和爆轰性能,探索微纳米LLM-105多孔球晶的构效关系及其演变规律。在项目实施过程中,从结晶浓度、结晶时间、活性剂浓度、活性剂分子量、投料顺序等参数研究了结晶条件对LLM-105形貌的影响规律,成功制备了两种不同纳米单元构筑的多孔球晶;通过理化性能、机械感度、起爆传爆性能等表征发现,多孔球晶由于其特殊的多级结构,在维持晶型、分子结构不变的同时,可显著提升LLM-105的起爆传爆性能;MS理论模拟发现改变活性剂PVP分子量、浓度等参数,可以有效调节其与LLM-105各晶面的结合强度,使LLM-105晶体沿轴向和径向的生长速率存在较大差异,并最终影响LLM-105晶体形貌调控,以此提出了多孔球晶的形成机制。本项目研究成果不仅为类似钝感炸药多级结构的可控设计组装提供普适途径,还为LLM-105炸药在微型起爆传爆器件等国防高新技术领域中的实际应用提供科学依据和技术支撑。
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