【摘 要】
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含能材料是一类亚稳态物质,改善其安全性对其应用有重要意义。常见改性方法有共晶、包覆、球形化和主客体复合等。共价有机框架(Covalent Organic Frameworks,COFs)具有高比表面积、开放的孔道及优异的热稳定性,是改善含能材料安全性的良好载体。本文采用溶剂热法,通过醛胺缩合反应合成了3种多孔的2D共价有机框架材料。运用主客体复合策略,以多孔COFs框架作为宿主结构,以含能材料ET
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含能材料是一类亚稳态物质,改善其安全性对其应用有重要意义。常见改性方法有共晶、包覆、球形化和主客体复合等。共价有机框架(Covalent Organic Frameworks,COFs)具有高比表面积、开放的孔道及优异的热稳定性,是改善含能材料安全性的良好载体。本文采用溶剂热法,通过醛胺缩合反应合成了3种多孔的2D共价有机框架材料。运用主客体复合策略,以多孔COFs框架作为宿主结构,以含能材料ETN(1,2,3,4-丁四醇四硝酸酯)、PETN(季戊四醇四硝酸酯)、AP(高氯酸铵)、HMX(1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷)和RDX(1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮杂环己烷)为客体分子,通过吸附法制备了15种EMs@COFs主客体复合含能材料。利用粉末X射线衍射技术(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)表征了所有化合物的结构。利用扫描电子显微镜(SEM)和场发射透射电子显微镜(TEM)观察了它们的微观形貌。采用氮气物理吸附测试研究了吸附客体分子前后COFs的BET比表面积、孔容积的变化,计算含能材料吸附率(即孔隙利用率值)。其中,宿主结构TFP-DABP-COF的吸附性最好,孔隙利用率值最高(≥98.10%),这与宿主结构自身的BET比表面积值相关。利用差示扫描量热法(DSC)和热重分析法(TG-DTG)测试了COFs的热稳定性,其中,热稳定性最好的是TFP-BTD-COF,热分解峰温为433.2℃。采用标准BAM技术测试了15种EMs@COFs主客体复合材料的撞击和摩擦感度。相比纯EMs,所有EMs@COFs复合材料的机械感度均表现出不同程度的降低。同时,相比目前主客体复合策略中流行的金属有机框架(MOFs)结构,本文所制备的EMs@COFs具有更高的吸附量以及更低的机械感度。利用激光点火系统研究了5种主客体复合含能材料EMs@TFP-DABP-COF的点火和燃烧性能。结果表明,5种复合材料均具有较短的点火延迟时间、较长的燃烧时间、达到最大火焰面积的最短时间和较快的火焰传播速度,燃烧过程缓慢而温和,能量释放有序均匀,表现出优异的激光点火性能。总之,本研究为更好地协调含能材料能量和感度特性之间的平衡提供了一种新思路。
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