北理工團隊在高能量密度材料創(chuàng)制領域取得新突破
發(fā)布日期：2022-09-30 供稿：材料學院 何春林
編輯：牟雪嬌 審核：金海波 閱讀次數(shù)：
高能量密度材料是一類具有高密度和高爆轟性能的含能材料。奧克托今（HMX）是目前使用最廣泛的高能量密度材料，由于存在固有的能量與安全性之間的矛盾，文獻報道的大多數(shù)新型高能量密度材料在獲得更高能量密度的同時往往會犧牲材料的部分安全性如導致分解溫度、感度等性能的降低，如何設計制備兼具高能量和高安全且能量水平優(yōu)于HMX的新型高能量密度材料是本研究領域所面臨的一項長期挑戰(zhàn)。
基于上述問題，北京理工大學材料學院龐思平教授團隊利用多爆炸基團協(xié)同作用策略，在稠環(huán)骨架中同時引入穩(wěn)定性基團（C-NH2）和能量密度提升基團（C-NO2，N→O）等，利用多爆炸基團的協(xié)同耦合作用，在提升結(jié)構(gòu)能量密度的同時使其安全性也獲得了大幅提升，設計制備了性能優(yōu)越的新型高能量密度材料，該材料以BITE（BIT Explosives）為代號，命名為BITE-101，目前已申請中國發(fā)明專利。相關研究成果以“Tri-explosophoric groups driven fused energetic heterocycles featuring superior energetic and safety performances outperforms HMX”為題發(fā)表在國際頂級期刊《Nature Communications》( IF 17.694 )。本工作得到了國家自然科學基金面上項目和重點項目的資助，論文第一作者為北京理工大學材料學院博士生李杰，通訊作者為北京理工大學材料學院何春林教授和龐思平教授。
與HMX相比，BITE-101的起始分解溫度為295 °C，峰值分解溫度為300°C，是迄今為止文獻所報道的爆速大于9000 m s-1的CHON類單質(zhì)炸藥中起始分解溫度最高的。此外，BITE-101的密度為1.957 g cm-3，爆速為9314 m s-1，爆壓為39.3 GPa，撞擊感度為18 J，摩擦感度為128 N，綜合性能全面超越傳統(tǒng)單質(zhì)炸藥HMX，其相關的工程應用研究工作正在推進中。該研究為同時提升含能材料能量與安全性，創(chuàng)制新型高能量密度材料提供了新思路。
BITE-101與其他高能量密度材料的綜合性能對比圖
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33413-7
附作者簡介：
何春林，北京理工大學材料學院教授，博士生導師，2017年入選“海外高層次人才”青年項目。現(xiàn)任《Energetic Materials Frontiers》編委，《北京理工大學學報》（自然科學中文版）編委，《含能材料》青年編委，航天化學動力技術(shù)重點實驗室學術(shù)委員會委員，中國工程物理研究院化工材料研究所客座教授。長期從事新型高氮含能有機化合物合成和新概念含能的化合物合成與應用等方面的研究工作。近年來在 Acc. Chem. Res. , Angew. Chem. Int. Ed ., J. Am. Chem. Soc., J. Mater. Chem. A 等國際頂級期刊上發(fā)表論文60余篇，論文他引1000余次。
龐思平，北京理工大學教授、博士生導師、現(xiàn)任北京理工大學副校長。主要從事含能材料/有機功能材料的設計、合成及應用研究工作。以第一作者或通訊作者在JACS、Angew. Chem.等國際期刊發(fā)表SCI收錄論文等100余篇。先后入選國家人才計劃科技領軍人才、“百千萬人才工程”國家級人選、科技部中青年領軍人才等人才計劃。擔任《Propellants, Explosives, Pyrotechnics》《含能材料》等期刊編委。研究成果獲國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎1項（排名1）、省部級科技進步獎特等獎1項（排名1），獲得何梁何利基金科技創(chuàng)新獎、中國兵工學會科學技術(shù)獎特等獎等獎項。
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