均四嗪类高能物的合成、量子化学计算、结构及热安全性研究

项目合成系列呋咱及唑类的均四嗪高能化合物，通过元素分析、红外、核磁共振、X-射线单晶衍射测定获得结构参数；开展量子化学计算工作，获得气相和晶体的分子及电子结构、光谱特征，并与实验结果相比较，模型确立后运用量化理论和方法研究热分解机理，计算爆轰性能参数（爆速、爆压）；综合利用热分析实验、原位池与T-Jump/FTIR技术联用，结合热分解机理的理论研究结果确定其热分解行为；开展常压及高压下的热分解动力学研究，确定热分解动力学参数（活化能、指前因子等）及最可几机理函数；测定物质的比热容，导热系数，建立绝热至爆时间及热感度概率密度分布函数、热爆炸临界温度等热安全性参数的模型并完成测算工作；将结构参数与热分解特性、热安全性参数相关联，寻求该类物质结构和性能之间的关系。项目密切结合理论计算和实验的研究结果，互相验证，建立结构-性能之间的关系，进而达到学术创新和服务国防的双重目标。

合成出3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪(DHTz)、3,6-二胍基-1,2,4,5-四嗪（DGTz）、3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)和3,6-二硝基胍-1,2,4,5-四嗪(DNGTz)4个系列的均四嗪类富氮高能化合物，培养出其中15种化合物的单晶。通过元素分析、红外、核磁共振、X-射线单晶衍射测定获得结构参数。晶体结构解析表明这四种化合物容易和酸或碱形成离子盐，其中BTATz和DNGTz可以和金属形成配位化合物，对镁配合物均表现为Mg2+与水配位，BTATz或DNGTz均未参与配位。. 开展量子化学计算工作，获得适于开展四嗪类物质理论计算工作的方法和基组，通过分子设计计算，发现四嗪环较易发生亲核取代，-NO2、-NHNO2和NH(NH2)N=NO2的加入能够增加衍生物的密度，唑类、呋咱基对于增加四嗪化合物的爆轰性能是很好的选择。对已获得晶体结构的四嗪离子盐的理论计算结果发现，离子盐的键长、键角和二面角结构的理论计算数据与单晶结构数据有一定差异，主要表现在氮氧键和氯氧键有较大变化。.综合利用热分析及热分析-联用技术，确定所合成物质的热分解行为及热分解机理；采用微分法和积分法开展热分解动力学研究，确定其中14种高能物的主放热分解反应的最可几机理函数及相应的动力学参数（活化能、指前因子等）。. 利用微量热仪测定物质的比热容，根据比热容方程以及热力学函数与比热容的关系式，计算得到这些化合物基于298.15K在一定温度范围内的焓、熵和吉布斯自由能热力学函数值，进而可获得物质的导热系数，为含能材料的热力学和热化学提供了基础数据。. 根据热分解动力学研究结果，结合热力学基本参数，得到评估小药量含能材料热安全性的方法，建立热爆炸临界温度(Tb)、热点火温度（TTIT）、自加速分解温度(TSADT)、绝热至爆时间及热感度概率密度分布函数的模型并对合成出的均四嗪类高能物开展测算工作，为这些物质的应用提供理论根据。项目密切结合理论计算和实验的研究结果，开展结构与性能研究，为该类含能材料的安全使用提供基础数据支撑。