北理工教師在MOFs作為前驅體的起爆藥研究方面取得突破性進展
發布日期：2016-05-26 供稿：機電學院 重點實驗室 攝影：機電學院 重點實驗室
編輯：廖峭 審核：陳軍 閱讀次數：火工藥劑技術在武器彈藥、航空航天中起點火、傳火、引爆、傳爆、延期、精確作功以及煙火效應等作用。它是武器系統始發能源的關鍵器件和裝置，也是武器系統中最重要的子系統。起爆藥作為初始裝藥直接裝填或者與氧化劑、還原劑等混合后裝填于火工品，直接控制著火工品或火工系統的感度、威力和各種作用效果。美國、俄羅斯、德國、英國等國從未間斷對新型起爆藥的開發與研究，一直都在不斷探索與尋找性能更加優異、安全穩定性好的新型起爆藥。
北京理工大學爆炸重點實驗室楊利教授與王博教授合作，首次創新性地實現了以含銅有機框架（MOFs）作為前驅體，通過高溫碳化和氣-固疊氮化反應制備得到一類靜電鈍感的碳-疊氮化銅復合材料。該方法的提出，有效地借用了MOFs中的結構特點，有機配體和金屬離子或團簇的排列具有明顯的方向性，可以形成不同的框架孔隙結構。選取含銅離子的MOFs材料作為基底，通過碳化的方式使得配體結構中的原子轉變為碳原子，其結構仍會保持原有結構中的原子排序與多孔性能的存在。這種多孔性能的極大優勢是使得該化合物在進行疊氮化反應時更加完全，避免了部分未發生疊氮化反應即保留著銅原子本身而影響疊氮化銅的起爆威力，也避免了在疊氮化過程中產生疊氮亞銅，增加起爆藥的不安全因素。原有結構中的原子排序有效地隔離了疊氮化銅分子，降低了其在受到外界弱刺激下的敏感程度。
圖1 碳-疊氮化銅復合材料的合成方法
該碳-疊氮化銅復合材料具有鈍感的靜電火花感度，50%靜電發火能量為1.6 mJ，明顯高于疊氮化銅（0.2 mJ）和斯蒂芬酸鉛（0.5 mJ）等常規的高能量起爆藥，具有合成方法簡單、安全穩定等顯著優勢。同時，通過該方法得到的碳-疊氮化銅復合材料10 mg就可以獨立完成點火起爆黑索金，具有更小的極限藥量，在航天航空、武器系統以及民用爆破器材等領域中具有極大的應用價值。
圖2 碳-疊氮化銅復合材料的感度性能
目前，該成果以“Metal-Organic Framework Templated Synthesis of Copper Azide as the Primary Explosive with Low Electrostatic Sensitivity and Excellent Initiation Ability” 為標題在線發表于國際頂級期刊《Advanced Materials》（影響因子17.43）。審稿專家給予了高度評價：“利用新型多孔骨架材料通過簡單方法獲得高能鈍感起爆藥，有效地改善了高能起爆藥敏感、不安全的特點，這種理念的提出打破了使用復雜的有機合成方法制備含能材料的傳統思想，是一種全新的設計方法，是近年來含能材料領域基礎研究的重大突破，該論文第一時間就被推薦作為VIP文章發表”。
該工作主要由楊利教授指導的博士研究生王乾有完成，并得到了爆炸科學與技術國家重點實驗室自主課題基金的資助。
論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201601371/full
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