基于超分子组装-解组装的HMX微结构形成与稳定性研究

The microstructure of HMX explosive has much effect on its safty and detonation properties. To improve HMX integrity properties, the method of supermolecular assembly-disassembly to control the materials microstructure is to be applied. In this study, by controlling the crystallization conditions,the solvates of HMX with a certain crystal morphology, a specific supermolecular structure, will be obtained. And then it will be desolvated through physical chemistry method such of in-stiu heat to realize reverse disassembly of the supermolecule. Under fast deconstruction of solvate and restricted growth of HMX crystals, the microstructures of HMX with high specific surface area and low mechanical sensitivity will be formed, and the formation mechanism and microstructure stability will be explored under different envirnmental conditions. Because of the variety of supermolecular structure and selection of supermolecular assembly to small molecules, the design and control of HMX microstructures by HMX assembly-disassembly. The HMX microstructures are expected to improve the mechanical sensitivity, the responsibility to specifical stimulate, and other properties. It can promote the improvement of overall properties of mixed explosive and the development of new detonation and boosters.

HMX微结构与其安全性能和爆轰性能息息相关。为提高现有HMX的综合性能，本项目基于超分子组装-解组装方法构筑材料微结构的思路，以HMX溶剂化物这种特殊超分子结构形式为基础，通过控制结晶条件，使HMX和溶剂分子组装成一定外观形貌的溶剂化物晶体，再利用原位加热等物理化学方法去溶剂化，使超分子逆向解组装，在溶剂化物快速解构和HMX晶体受限生长条件下，获得具有特定形貌的HMX微结构，并探索其形成机理及在不同环境条件下的稳定性。由于超分子结构的多样性和超分子组装对分子的选择性，通过对超分子组装-解组装条件的控制，可实现对HMX微结构的设计与调控。本项研究，不仅可以丰富含能材料结构设计与制备方法，还有望达成通过改善炸药微结构降低其机械感度、提高特定刺激响应灵敏性或改善其它性能的目的，对改善混合炸药性能、开发新的起爆传爆器件等都具有积极推进作用。

材料微观结构与其宏观性能密切相关，作为特殊的含能材料，炸药的微结构也是决定其物理化学特性最为重要的因素。通常，炸药颗粒大小与分布、表面面积、外观形貌、孔隙尺寸、团聚态和晶型结构等对其宏观性能，以及其对特定刺激的响应感度都会有显著的影响。通过改变炸药微观结构，实现特定性能的改善或综合性能的提升成为目前炸药领域研究的热点。为了实现对HMX微观结构的改变提高其安全性能与爆轰能量，本项目提出采用超分子组装-解组装的方法实现对HMX微结构的构筑，并对其结构稳定性进行研究，以期通过改善炸药微观结构实现对其机械感度的降低，并提高其对特定刺激的响应灵敏性，对改善混合炸药性能和新型起爆传爆器件开发提供积极的推进作用。.项目研究利用HMX与多种溶剂易形成溶剂化物这种特殊形式的超分子化合物的特点，且这种超分子化合物在外界环境作用下极易分解去除客体分子重新回复成为HMX本体材料，在这一过程实现一些微观结构的设计与调控。首先通过HMX与DMF、NMP和DMSO等溶剂在晶体状态下生成溶剂化物这种超分子结构，然后利用真空干燥热解、原位热台热解、溶剂萃取等方式实现对不同超分子化合物的去溶剂化解组装，最终由于HMX主体分子在去客体分子过程中发生快速的晶体结构重排，实现一些特殊微观结构的设计与调控。.针对HMX的溶解特性，我们把HMX的溶剂化物作为一种典型的超分子化合物作为研究对象，选择不同类型的有机溶剂、并根据计算模拟选择不同的分子组成比例，以及不同晶体外观形貌的溶剂化物晶体，其外观形貌与溶剂类型与种类密切相关。然后控制一定的热解条件，如温度、升温速率等，去除溶剂分子，受固相反应过程的影响，HMX分子在分子迁移、结构重排、晶体生长等方面受到约束和限制，从而形成了具有较小颗粒粒度、较大比表面积的HMX超细多孔等微纳结构。重要考察了热解过程中的实验条件与微观结构的关系、晶型变化和控制等，并针对其中的晶相转变机理和热解机理进行了详细的分析。此外，为了进一步证实这种方式对HMX物理化学性能的改善，还对其安全性能进行了初步的实验验证，实验结果表明：在感度方面和特性落高等方面，采用这种方式得到的超细多孔HMX较之普通的HMX具有均有不同程度的改善，按照本项目提供的特殊HMX结构制备方法还可以用于其它类似含能材料的微结构的设计与调控，以及超细微纳材料的制备，为丰富微纳结构的含能材料制备提供了新的思路和方法。