冲击波加载下含能材料FOX-7分子结构响应机制的研究
批准号:
12104364
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:
王文鹏
依托单位:
学科分类:
凝聚态物质结构、相变和晶格动力学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王文鹏
中文摘要
1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)与三硝基甲苯(TNT)等传统猛炸药相比,具有感度低、能量高的优点,在新型低感弹药领域有着良好的应用前景。然而,当前对FOX-7在冲击波作用下的分子结构响应机制尚不明确。本项目拟在提高拉曼光谱技术的同步控制精度和散射光接收效率的基础上,以轻气炮作为冲击波加载手段,采用瞬态拉曼光谱技术、冲击辐射光谱技术以及第一性原理计算方法对FOX-7在冲击波下的微观结构变化展开研究。首先,研究不同冲击压力对未反应体系分子的化学键、官能团及非键相互作用的影响,明确分子构型对压力的依赖关系;其次,捕获冲击起爆过程中离解产物的拉曼光谱,辨别产物成分,揭示冲击压力对FOX-7分子结构及化学稳定性的影响机制,进而建立从分子结构畸变到化学键裂解的结构演化新模型。本项目不仅能够促进对炸药冲击起爆机理的研究,对推动FOX-7基高聚物粘结炸药的研发也具有重要意义。
英文摘要
Compared with traditional explosives such as trinitrotoluene (TNT) and so on, 1, 1-Diamino-2, 2-dinitroethene (FOX-7) has the advantages of low sensitivity and high performance, which show potential for insensitivity munitions applications. However, the shock-compressed structural response of FOX-7 is not fully revealed. In this project, after improving the precision of time control and reception efficiency of Raman spectra, the transient Raman spectrum, emission spectrum and first principles calculations are employed to investigate the structural change of FOX-7 under shock compression. Firstly, the effects of shock pressures on the chemical bonds, functional groups and non-bond interactions of unreacted FOX-7 are studied to illustrate the evolution of the molecular geometry. Secondly, the Raman spectra of the dissociated products in the run-up to detonation are captured to reveal the mechanism of shock pressure effects on the structural and chemical stability. And then a new microstructure evolution model from molecular structural distortion to chemical bond decay is established. This project can not only promote the research of shock initiation mechanism, but also accelerate development of FOX-7 based polymer bonded explosives.
1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)是一种综合性能优异的炸药。在生产、运输和使用过程中,炸药体系不可避免地要经受外界的刺激而诱发结构失稳甚至化学反应的发生。因此,在原子分子层面揭示FOX-7在冲击波及温度压力耦合场中的结构变化与分解反应,对建立其安全性能评估理论体系具有重要指导意义。本项目系统研究了未反应体系FOX-7的结构稳定性,获得了未反应体系分子结构在高温高压下的演变规律,对FOX-7发生的α→α′和α′→ε结构相变给出了直接证据,发现了温度和压力诱导NH2基团变化及氢键网络重构对相变具有显著调控作用。在化学反应机制方面,揭示了冲击加载下N-O键断裂与氢转移协同触发初始反应的双路径机制;明确了生成物种类结构以及生成物组分与温度压力的关联效应,温度越高FOX-7体系分解反应启动越早,早期产物NO2和NO经链式反应转化为N2、H2O和CO2等稳定产物,且N2和H2O的数量增速最快;受压力的影响早期分解产物NO2、NO的生成量会随压力的增加而减少,在终态产物中除NH3外,压力会抑制CO2、H2、H2O和N2的生成。本研究从晶格-分子结构-化学键多尺度层面深化了对FOX-7结构稳定性与分解机制的理解,为含能材料安全性评估与性能优化提供了理论依据。
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