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作为武器装备的能源和民用做功的工质,含能材料一直是国防工业及国民经济领域的研究重点。近年来,含能离子盐/液体作为新型含能材料的代表之一,受到了各国科技工作者的广泛关注。本文合成了二氰胺、三唑和四唑类含能盐,并系统研究了它们的结构和性质。主要研究内容包括: ⑴合成了二氰胺的丙酮缩氨基胍盐、1,2-二丙酮缩二氨基胍盐和1,2,3-三丙酮缩三氨基胍盐。单晶堆积图显示三种盐的阴阳离子间存在大量的氢键,氢键的存在降低了离子盐的感度;三种离子盐的键长存在均一化的现象,这表明正负电荷存在离域作用;所得盐的密度分别为1.31、1.23和1.19 g cm-3,随着=C(CH3)2基团数目的增加离子盐的密度依次减小;研究了它们的热分解行为,三种离子盐的分解温度分别为167、104和132℃,利用Kissinger和Ozawa方法计算了它们的活化能,发现用Ozawa方法计算出的数值要大一些;燃烧实验表明,三种离子盐与HNO3(100%)接触后均可以发生燃烧现象,点火延迟时间分别为138、56和66 ms,可作为潜在的固体自燃推进剂的燃料。 ⑵合成了三正十二烷基胺-3,5-二硝基-1,2,4-三唑(TDADNT)盐。TDADNT阴离子中负电荷的离域作用使得三唑环与硝基几乎共面,键长也趋于均一化;TDADNT阴离子中硝基和唑环上的N原子与阳离子上的-NH-和-CH2-形成了氢键;研究了TDADNT的热行为,TG/DTA分析表明TDADNT的分解温度为270℃,热稳定性较好,可作为潜在的含能材料。 ⑶合成了乙二(5-硝酰胺四唑)的1,2,4-三唑盐、3-氨基-1,2,4-三唑盐、4-氨基-1,2,4-三唑盐、3,5-二氨基-1,2,4-三唑盐和3,4,5-三氨基-1,2,4-三唑盐。研究了它们的热行为,五种离子盐的分解温度在187.5-257.2℃之间,最高的是乙二(5-硝酰胺四唑)的3,4,5-三氨基-1,2,4-三唑盐,为257.2℃,最低的是乙二(5-硝酰胺四唑)的1,2,4-三唑盐,为187.5℃;五种离子盐具有较高的密度值1.63-1.68 g cm-3;生成焓均为正值,在1214.5-1544.8 kJ mol-1范围内,由于N-NH2基团为正的生成焓,而C-NH2基团生成焓是负的,故乙二(5-硝酰胺四唑)的4-氨基-1,2,4-三唑盐具有最高的生成焓;所合成离子盐的爆压为25.1-31.1 GPa,爆速为7639-8434 m s-1,远远大于TNT的爆压(19.5 Gpa)和爆速(6881 m s-1)值,可作为环境友好型含能材料,其中,乙二(5-硝酰胺四唑)的3,5-二氨基-1,2,4-三唑盐具有最好的爆轰性能(31.1 Gpa和8434 ms-1),与TATB相当(31.1 Gpa和8114 m s-1);乙二(5-硝酰胺四唑)的1,2,4-三唑盐和3,4,5-三氨基-1,2,4-三唑盐的感度(30 J)要比其余离子盐的感度(20 J)低,可能是因为这两种离子盐中结晶水的存在降低了其感度。