HNS 微纳多级结构的构筑及其冲击起爆特性研究

The crystallization morphology and particle size of HNS are the major factors that influence its shock initiation characteristics. Compared to ordinary ultrafine particles, the HNS with micro-nano hierarchical structure not only have small size effect, but also have a synergistic effect and mutual coupling effects, which have greater surface area and wilder pore distribution. With the realization of such specific structure, the combustion and detonation performance of HNS will be enhanced, thus decrease the shock initiation threshold and increase the security and stability of energy output. Multi-level supramolecular assembly-disassembly method will be adopted in this project, and micro-nano hierarchical structure of HNS constructed with template-free will have multi-scale pore and particle size. The effects of different microstructure and assembly levels of HNS on its shock initiation characteristics will be studied by the small flyer impact initiation experiment. The relationships between HNS microstructure, assembly methods and its shock initiation behavior will be revealed, thus providing theoretical support for the development of smart pyrotechnics and miniaturization booster trains. This project will not only enrich the design and control technology of the microstructure of explosives, obtaining explosives structures with great potential applications, but also help deeply understanding the structure-property relationship of explosives by studying the microstructure and shock initiation law. Finally, the research results will greatly promote the development of explosives with new technology, structure and theory.

HNS的结晶形态与颗粒大小是影响其冲击起爆特性的主要因素。相比普通HNS超细颗粒，HNS微纳多级结构既有微纳构筑单元的小尺寸效应，有具有相互之间的协同效应和耦合效应，且比表面积更大，孔隙分布更宽，若能得以实现极有可能改善现有HNS的燃烧和爆轰性能，降低其冲击起爆阈值，提高其能量输出的安全性和稳定性。本项目拟采用多层级超分子组装-解组装方法，无模板构筑HNS微纳多级结构，形成具有多尺度孔隙和颗粒大小的HNS结晶形态。并利用小飞片冲击起爆实验等，考察不同微观结构和组装层级对其冲击起爆特性的影响，获得材料结构、组装方式与其冲击起爆行为之间的关系与规律，为灵巧化火工品和小型化传爆序列的发展提供理论支撑。本项研究，不仅可以丰富炸药微观结构的设计与调控方法，获得极具应用潜力的炸药结构形式，同时对其微结构与冲击起爆规律的研究也有助于深入理解炸药的构效关系，推动炸药材料新技术、新结构与新原理的发展。

作为目前冲击片雷管装药的首选，六硝基茋（2,2’,4,4’,6,6’-Hexanitrostilbene, HNS）的超细化和结构微纳化研究得到了炸药研究者的广泛关注。与HNS尺度上的超细化研究相比，HNS结构微纳化的新方法和新原理的探索还略显薄弱，而正基于此，导致目前在HNS微观结构与冲击起爆性能的关系研究方面也较为滞后。本项目采用多层级超分子组装-解组装及时实现了HNS微纳多级结构的构筑，研究了不同微结构特征对于其宏观性能的影响，尤其关注了其微观结构与冲击起爆性能的关系，获得了以下结论：1）以HNS为炸药主体分子，1,4-二氧六环（Dioxane）为客体分子，组装成超分子化合物，并研究了不同的组装方法，降温重结晶、迅速冷却降温重结晶、溶剂蒸气法、浸润法等对超分子晶体形貌的影响。此外，探索制备出了更多的HNS超分子体系，为多级结构提供初始模板。2）利用多层级超分子多次组装-解组装方法，Dioxane为客体分子，制备了具有微/纳多级颗粒和孔洞结构的HNS，并对形貌形成机理进行解释。并利用不同的解组装方式，如原位XRD热解，真空热解，反溶剂水萃取，冷冻干燥，原位FTIR热解，研究解组装过程中各因素对微结构的影响，获得了对解组装过程一定的认识。3）并利用小飞片冲击起爆实验等，考察不同微观结构和组装层级对其冲击起爆特性的影响，获得材料结构、组装方式与其冲击起爆行为之间的关系与规律。本项工作研究，不仅可以丰富现有炸药微结构的设计与调控方法，获得极具应用潜力的炸药结构形式，同时，也有望通过改善炸药微结构特征降低其机械感度，提高其对特定刺激响应灵敏性或改善其它性能的目的，也有助于拓宽现有炸药结构和晶体构成方式，帮助实现深入理解炸药的构效关系，进一步推动武器用炸药新技术、新结构和新原理的发展。