激光敏感型3,4-二氨基-1,2,4-三唑含能配合物的研究

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激光起爆技术作为一种安全、可靠的新型起爆技术,与常规起爆技术相比,其突出优点是:避免了电磁干扰、静电放电、杂散电流等的干扰。激光敏感起爆药是一类对输入激光刺激敏感,而对环境(如:机械、热、电磁辐射等)刺激相对钝感的特殊起爆药。开展激光敏感起爆药的研究,进而应用于激光起爆技术。可从本质上提高火工品的使用安全性和作用可靠性。本文拟以3,4-二氨基-1,2,4-三唑(DATr)为配体,开展其含能配合物的合成、单晶培养、结构表征和性能测试研究,以寻求性能良好的激光敏感起爆药候选物。主要的研究内容和创新性研究成果如下:1.以二氨基胍盐酸盐为原料制备3,4-二氨基-1,2,4-三唑(DATr)配体,再通过DATr和对应的过渡金属盐(MX2, M=Mn, Co, Ni, Zn, Cd; X=NO3-, ClO4-, Cl-)反应,合成得到3个系列的DATr含能配合物,其中对DATr高氯酸和氯的配合物进行了结构表征,采用元素分析得到了化合物的元素组成,通过FT-IR分析,对合成的配合物的红外光谱主要吸收峰进行了指配分析。2.对制备的3个系列15种配合物,利用溶剂挥发法培养它们的单晶,首次获得了8种未曾报道过的配合物单晶,采用X-射线单晶衍射仪对所得的单晶进行结构测定与解析,得到[Co3(DATr)6(H2O)6](NO3)6·2H2O、[Ni3(DATr)6(H2O)6](NO3)6·1.5H2O、[Zn3(DATr)6(H2O)6](NO3)6·2H2O、[Co5(DATr)12(H2O)6](ClO4)10、[Ni5(DATr)12(H2O)6](ClO4)10、[Zn5(DATr)14(H2O)2](ClO4)10·2H2O、(DATr)[ZnCl3(DATr)]和[Cd(μ-Cl)2Cl(DATr)]2共8种配合物的晶体结构。通过分析配合物的配位结构,发现:(1)3,4-二氨基-1,2,4-三唑(DATr)具有较强的配位能力,其配位的原子主要是三唑环上的N原子,既可作为单齿配体,也可作为桥联双齿配体参与配位;(2)所有DATr硝酸和高氯酸配合物的分子均呈现多核结构;(3)DATr氯配合物分子结构中无任何结晶水和配位水分子,且Cl-参与金属离子配位;(4)所有的单晶结构中均存在大量的分子内和分子间氢键,构成了空间网状结构,有助于提高配合物的稳定性。3.运用差示扫描量热法(DSC)对含能配合物进行热分解性能研究,分析其热分解规律,研究结果表明:配合物的第一放热分解峰温都在240°C以上,具有很好的热稳定性且峰形尖锐,这说明这些配合物有望用作含能材料。利用Kissinger方法和Ozawa-Doyle方法,对10种配合物第一放热分解过程进行了非等温动力学计算,计算得到其分解过程中的表观活化能和指前因子,计算表明:用Kissinger法和用Ozawa-Doyle法计算得到的活化能数据吻合较好。4.对DATr高氯酸和氯配合物进行了爆炸临界参数和热力学参数计算,可以看出对DATr不同金属配合物而言,Co配合物的爆炸临界温度最低,而Cd配合物的爆炸临界温度最高。燃烧热测试结果显示:高氯酸配合物的燃烧热值大于氯配合物的燃烧值,说明高氯酸配合物的综合性能优于氯配合物。5.为了评价其应用性能,对DATr高氯酸配合物进行摩擦感度、撞击感度和火焰感度测试,研究表明Co配合物机械感度最高,Zn配合物机械感度最低;5种过渡金属配合物对火焰感度均不太敏感。6.为探究DATr高氯酸配合物可用作激光敏感起爆药,对它们进行激光感度测试,结果表明:大多数配合物对激光刺激可以发火或起爆。DATr高氯酸钴配合物和DATr高氯酸镍配合物与BNCP相比,可作为具有前途的激光敏感起爆药。为进一步改善其激光敏感性,对DATr高氯酸Co和Ni配合物进行5%炭黑掺杂,研究发现掺杂后的样品激光感度可明显得到改善。
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