新型二氟氨基功能化“自燃”离子液体的合成及点火性能研究

As a new family of green liquid rocket propellant fuels, hypergolic ionic liquids have shown their great application potential as the alternatives to highly toxic and volatile hydrazine and its derivatives in the field of aerospace and military defense. However, the most known borane-based hypergolic ionic liquids suffer from problems which have solid residues after the combustion process. To solve these defects, this project aims to develop new difluoroamino functionalized ionic liquids, when the ionic liquid is burning, the boron element and the fluorine element which are in the structure would produce gaseous product which is boron trifluoride. After structural characterization, studies on their physical and chemical properties, energy, safety, and burning behavior will be emphasized. And some excellent hypergolic ionic liquid fuels that can completely burn without solid residues will be obtained. Moreover, the role mechanism of difluoroamino in the process of liquid combustion will be explored. This project will provide a basis for developing new-generation green rocket propellant material with better performance.

作为一类新兴的绿色液体火箭推进剂燃料，“自燃”离子液体有望代替剧毒、易挥发的肼类的化合物在航空航天及国防军工领域中得以应用。然而，当前已发展的硼烷类“自燃”离子液体虽然点火延迟时间很短，但也面临燃烧后有固体残留的问题。本项目针对这一问题，拟设计合成二氟氨基功能化离子液体，将二氟氨基官能团引入离子液体阳离子中，使离子液体燃烧时其结构中硼元素与氟反应生成气态产物三氟化硼。在完成二氟氨基功能化硼烷类“自燃”离子液体合成与结构鉴定的基础上，对目标离子液体的物化性质、能量水平、点火燃烧行为等进行深入的研究，筛选出燃烧无固体残留且综合性能优异的“自燃”离子液体燃料，并揭示二氟氨基在离子液体燃烧过程中的作用机制，为发展下一代更高效的绿色火箭推进剂材料奠定基础。

自燃液体推进剂因比冲高和无需点火系统等优点广泛应用于导弹、卫星火箭和其他航天器。当前液体动力推进系统仍然广泛使用剧毒的肼类衍生物作为动力燃料。肼类推进剂具有高致癌性、高挥发性、使用维护不便等缺点，作为一类新兴的绿色液体火箭推进剂燃料，“自燃”离子液体有望代替剧毒、易挥发的肼类的化合物在航空航天及国防军工领域中得以应用。然而目前自燃离子液体推进剂体系仍然存在一些问题需要解决，如：离子液体燃烧后有固体残留；氧化剂红发烟硝酸或N2O4具有强腐蚀性和毒性；离子液体合成成本偏高，不易大规模生产等。 .针对上述问题，本项目开发了含能离子液体/双氧水绿色推进体系，合成了多种离子型功能化助剂，与自燃离子液体复配后可以和绿色氧化剂双氧水实现自燃点火，突破了双氧水与离子液体室温及低温自点火的技术瓶颈，实现了液体推进剂燃料和氧化剂双绿色环保的目标；开发了合成简单、低成本、易规模制备的低共熔离子液体/双氧水绿色推进剂体系，首次实现了绿色低共熔离子液体与双氧水的自点火，解决了离子液体合成成本高，不易大规模制备的问题，具有很大的实用价值；开发了离子液体-硝化甘油复合推进剂体系，改善了离子液体燃烧效率，解决了离子液体推进剂燃烧时残留积碳的问题。本项目研究开发了一系列新型的自燃离子液体推进剂体系，能够为下一步设计开发具有应用潜力的新型绿色液体推进剂体系提供理论基础和实验依据。