多硝基氮杂环丁烷因其紧凑张力的四元杂环结构使该类化合物具有很高的能量,从而成为一类重要的高能量密度材料。因此开展对该类化合物的研究具有十分重要的理论和实际意义。本文合成了3,3-二硝基氮杂环丁烷（DNAZ）及其盐和衍生物,并通过元素分析、红外光谱、核磁共振等方法对它们进行结构表征。采用溶剂缓慢挥发法在室温下培养出DNAZ·HClO₄（3,3-二硝基氮杂环丁烷高氯酸盐）、DNAZ·BHA（3,3-二硝基氮杂环丁烷·2-羟基苯甲酸盐）、（DNAZ-CO）₂（二（3’,3’-二硝基氮杂环丁烷）乙二酮）和N-Benzoyl-DNAZ（N-苯甲酰基-3,3-二硝基氮杂环丁烷）的单晶,并用X-射线四圆衍射仪测定了单晶的结构,得到了微观结构数据。以DNAZ·HClO₄、DNAZ·BHA、（DNAZ-CO）₂和N-Benzoyl-DNAZ的实验构型为初始构型,用ADF（Amsterdam Density Functional）的密度泛函理论DFT（DensityFunctional Theory）方法对化合物进行了几何优化和量化计算,讨论了其原子间Mayer键级、原子Hirshfeld电荷和前沿轨道能量与分子稳定性的关系。在非等温条件下运用DSC和TG/DTG技术研究了BDNAZ·HClO₄、DNAZ·HNO₃、DNAZ·HClO₄、DNAZ·3,5-DBNA、（DNAZ·HOOC）₂、DNAZ·BHA、（DNAZ-CO）₂和N-Benzoyl-DNAZ的热行为。用Kissinger法、Ozawa法、微分方程法和积分方程法确定了（DNAZ-HOOC）₂和DNAZ·HClO₄热分解过程的非等温反应动力学参数、表观活化能（E）、指前因子（A）、热分解动力学机理函数、热分解反应爆炸临界温度（T_b）及活化熵（△S^≠）、活化焓（ΔH^≠）和活化自由能（ΔG^≠）,并对这些化合物的热稳定性进行了分析比较。利用Micro-DSCⅢ微热量仪的连续比热容测定模式下测定BDNAZ·HClO₄、DNAZ·HNO₃、DNAZ·HClO₄、DNAZ·3,5-DBNA、（DNAZ·HOOC）₂、（DNAZ-CO）₂和N-Benzoyl-DNAZ七种化合物的比热容,拟合得到比热容与热力学温度的关系式,根据比热容与热力学函数特定关系计算出标题化合物以298.15K为基准在283-353K温区的焓、熵和吉布斯自由能,根据比热容与热力学温度的关系式及热分解参数得到了（DNAZ·HOOC）₂和DNAZ·HClO₄从开始分解到爆炸所需的时间即绝热至爆时间。