偶氮呋咱化合物的构建及短脉冲起爆性能研究

As it is insensitive to the low pressure long pulse stimulation and sensitive to the high voltage short pulse initiation, azo furazan compounds have became a research priorities of the ideal initiating explosive for future impact slapper detonator. Therefore, the applicant intend to use sodium hypochlorite, persulfate as novel mixtures oxidation system and methane sulfonic acid as medium for introducing easy detonation and stable structure functional groups through azo reactions, and from the perspective of molecular customization, design and preparation high detonation energy, low initiating threshold and good stability novel azo furazan compound. We further combine experiment test with calculation simulation to explore the molecular structure and characteristics of functional groups on the properties of short pulse detonation performance. The research results can be used to guide the molecular structure design of new initiating explosives of slapper detonator and to provide effective guidance and theoretical basis for the evaluation of the qualitative relationship between molecular structure of azo furazan and short detonation performance.

偶氮呋咱类化合物具有对摩擦、撞击等低压长脉冲刺激钝感，而对高压短脉冲刺激更敏感的特性，已成为未来冲击片雷管用理想始发药的研究重点。因此，申请人拟以呋咱环为模板，采用甲烷磺酸为介质，次氯酸盐、过硫酸盐等作为新型氧化体系，通过偶氮化反应引入易于起爆，结构稳定的官能团，从分子定制角度，设计、合成出爆轰能量高、起爆阈值低、安定性好的新型偶氮呋咱化合物。本项目将进一步通过实验测试与计算模拟相结合的手段，探索分子结构、官能团特性对短脉冲冲击起爆性能的影响。研究成果可用于指导冲击片雷管用新型始发药的分子结构设计，为评估偶氮呋咱分子结构与短脉冲起爆性能之间的定性关系提供有效指导与理论依据。

项目背景：本项目将依托中物院化工材料研究所，拟基于偶氮呋咱类化合物优异的爆轰性能、热稳定性以及对高压短脉冲刺激更敏感等特性，以呋咱环和偶氮键的共轭结构为模板引入含能基团，制备出爆轰能量高、起爆阈值低、安定性好的新型偶氮呋咱分子结构，进而通过实验测试和计算模拟结合的手段，评估偶氮呋咱分子结构组成及其官能团的性质对短脉冲冲击起爆性能的影响，为设计性能优异的新型短脉冲起爆药分子提供理论基础与技术支撑。.主要研究内容：a) 新型呋咱偶氮类含能化合物的设计、制备。b) .通过核磁NMR，元素分析，红外光谱(IR)表征目标产物，并进一步通过单晶结构确定目标分子结构及组成；应用高分辨质谱捕捉反应体系中间产物分子离子峰，为探索反应条件及优化反应路线提供指导，达到最佳反应效率。c) 分析新型偶氮呋咱含能材料的热安定性、能量和短脉冲起爆感度等性质，探索分子结构组成与短脉冲冲击起爆性能的定性关系，并提供切实合理的解释。.重要结果：（1）实现偶氮反应的选择性和专一性，合成出12种偶氮呋咱结构为模板的新型高能量密度化合物。并通过单晶衍射、核磁共振谱、元素分析及高分辨质谱等方法表征分子结构；比较偶氮呋咱化合物的热安定性，感度及爆轰性能，探索不同取代基团的偶氮呋咱系列化合物分子结构与性能之间的定性关系。.（2）初步评估DAAzF和DAAF作为始发药的可行性，分别选用粗颗粒产品，球磨后，喷射细后不同粒径的DAAF产品进行试验。结果表明， DAAF细化后用于始发药起爆阈值更低、起爆裕度更高，综合应用性能满足冲击片雷管始发药要求，可用于某型号冲击片雷管。.（3）极端条件下DAAF的起爆性能研究：经过X射线辐照，高温、高压试验研究DAAF的荧光及拉曼光谱。实验中发现3.1 GPa 和5.8 GPa时DAAF的拉曼光谱有新峰的出现。证明在大约4GPa时DAAF会发生晶型转变。解释了为什么DAAF有两个看似矛盾的性质，即低于此阈值时DAAF对撞击感度钝感，高于此阈值时，对短脉冲冲击敏感的特性。.（4）采用稠环策略构筑并成功合成得到类BTF结构的新型高氮稠环化合物。（TNTT、TATT、TNATT、BTzO）。并用Gaussian 09. 和 EXPLO5 v6.02 程序计算预测了TATT、TNATT、BTzO等化合物的化学性能和爆轰性能。