二硝胺三唑并三唑含能离子盐的合成与性能研究

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富氮稠环类化合物大多都具有密度高、感度低、爆轰性能优异、热稳定性良好等特点,在研制新型高能密度材料领域具有较强的应用前景。部分富氮稠环化合物自身具有酸性或碱性使其可以形成含能离子盐,与不同的阴阳离子进行配对,所生成的含能盐性能不同,在不同领域可以从中筛选出更适宜的含能材料,这一优点使其受到了国内外越来越多研究者的青睐。本文在实验室合成了3,6-二硝胺-[1,2,4]三唑[4,3-b][1,2,4]三唑(DNATT),并且以DNATT为母体,与氨水或羟胺水溶液通过中和反应制得化合物1和化合物2,与等当量的相应盐酸盐的氢氧化钠水溶液中反应得到化合物3-化合物7,合成了7种含能离子盐。通过单晶X射线衍射分析确认了DNATT二氨基胍盐(化合物5)、DNATT氨基脲盐(化合物7)的结构,对其晶体结构进行了全面分析,并通过Hirshfeld表面分析和NIC分析全面剖析了其分子内/间的相互作用关系。通过微观分子结构,分析分子内氢键及π-π键的相互作用,我们可以发现,在密度与热稳定性等方面与它宏观的测定结果一致。并用红外光谱(IR),~1H和13C核磁共振,元素分析,差示扫描量热法(DSC)等对合成的这一系列化合物的结构进行了全面表征。测得DNATT的含能离子盐都显示出良好的热稳定性(Td>164℃),它们大多具有可接受的感度和良好的爆轰性能。这些盐的实测密度处于1.70 g cm-3和1.82 g cm-3之间。通过程序Gaussian 09和EXPLO5计算出爆压为25.7至33.5 Gpa,爆速为8272至9138 m s-1。化合物2具有优异的爆速(9138 m s-1),甚至接近于HMX(9144 m s-1),同时具有可接受的稳定性(Td=191℃,IS=9 J,FS=220N),表明它在高能量密度材料(HEDMs)中有很好的应用前景。
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