我国含能物质研究再获重大突破

  火箭要飞得更远、弹药要炸得更狠,烟花要更安全环保,从根源上来讲,火炸药的能量水平起着关键作用。8月28日,国际顶尖学术杂志《自然》主刊发表了南京理工大学化工学院陆明教授课题组的研究论文《系列水合五唑金属盐含能化合物》,该研究成果在全氮含能物质方面取得重大突破,有望推动氮化学和超高能含能材料的发展,提升制约我国武器装备整体性能的火炸药能量水平。

  从中国古代四大发明之一的黑火药,到19世纪诺贝尔发明的硝化甘油炸药,再到曾经的炸药之王三硝基甲苯(TNT),以及近数十年开发的高能炸药黑索金、奥克托金和CL-20,火炸药的发展与国防工业和国民经济息息相关,大到航天航空火箭推进、导弹炮弹射程威力等国防命脉的前沿领域,小到开山修路爆破、深井石油开采甚至是烟花爆竹等民用领域,都需要火炸药来提供“充足能量”。

  据了解,全氮含能物质是近年发展起来的新一代含能材料。因为基本都由氮组成,这类物质爆炸产物主要是氮气,从环保角度来讲相对更安全绿色,不会产生有毒气体,而且氮气不易被检测,在军事上也具有低信号的优点。更重要的是,全氮结构本身亚稳定,容易分解并释放出大量的能量,因此有望提高火炸药的能量水平,实现远程高效毁伤。

  此次,陆明课题组研究首次制备了全氮五唑阴离子的钠、锰、铁、钴和镁盐水合物,通过它们的单晶结构,系统地揭示了全氮五唑阴离子与金属阳离子的相互配位作用、与水的氢键作用,以及热稳定性规律,为研究全氮五唑阴离子与全氮阳离子组装,形成离子型全氮化合物材料,奠定了有力的科学基础。

  据介绍,陆明教授课题组长期从事全氮化合物、多氮化合物和耐热钝感高能化合物合成,以及药物中间体合成工艺和有机绿色化学研究,该课题组主持承担了含能材料相关领域的国家自然科学基金项目5项,以及多项预研项目的研究工作。陆明教授先后发表论文200余篇,其中180余篇被SCI和EI收录,出版炸药分子与配方设计、工业炸药配方设计、表面活性剂及其应用技术等中英文著作8部。此次刊发的研究论文为我国含能材料研究领域首次在Nature发表基础科学论文,标志我国含能材料基础研究的一些研究方向处于国际前沿。