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中北大学冯永安课题组Nature Communications:一种有前景的钙钛矿起爆药
时间:2026-02-06 00:55:11
中北大学冯永安课题组Nature Communications:一种有前景的钙钛矿起爆药
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中北大学冯永安课题组在《Nature Communications》发表关于新型钙钛矿起爆药的研究成果,该双钙钛矿型起爆药具有绿色、低成本、强点火性能和良好稳定性等优势,为解决民爆行业基础点火材料匮乏问题提供了新途径。具体介绍如下:论文基本信息第一作者:冯永安、张计传通讯作者:冯永安、张嘉恒、Jean′ne M. Shreeve通讯单位:中北大学、哈尔滨工业大学、美国爱达荷大学论文DOI:10.1038/s41467-023-43320-0研究背景起爆药的作用:装填于各类火工品、航空航天器和军事武器中,用于引燃火药、引爆炸药,完成点火、打开活门、解除保险等动作。传统起爆药的分类及问题过渡金属基起爆药:存在重金属高毒性问题,不符合绿色、生态、环保要求。钾基起爆药:合成过程复杂、条件苛刻、产率低、成本高,起爆能力相对较弱。有机起爆药:重氮基和叠氮基在光照或加热条件下易发生反应,导致产品变质,影响质量稳定性和点火可靠性。研究需求:开发绿色、低成本、强点火性能和稳定的起爆药。研究内容起爆药设计双钙钛矿型起爆药:为A2BBX6型,选取高碘酸根离子(IO4-)作为X位点,因其具有强氧化能力和可接受的感度;选择无毒阳离子Na+和NH4+分别位于B和B位点,有利于形成紧凑结构,增强生物相容性;A位点选择有效半径为3.39 ?的三乙烯二胺(dabco),以获得最大的晶体密度和填充系数。合成涉及的阳离子和阴离子都是常见稳定物质,对环境友好。合成方法简单绿色经济:将三乙烯二胺(1M)和氯化铵(2M)溶解于水中,室温下剧烈搅拌,加入高碘酸钠(6M)水溶液,目标物质DPPE-1在几秒内快速沉淀,产率最高可达72%。自组装过程:涉及H2dabco2+与IO4-之间的氢键、NH4+和IO4-之间的氢键以及H2dabco2+、NH4+和IO4-之间的库仑力三种离子间相互作用。结构特点多级结构:DPPE-1具有一级、二级、三级和四级结构。在晶胞中,Na+与6个IO4-结合形成扭曲的八面体结构,再通过氢键和库仑力与6个相邻的NH4+连接形成较大的八面体结构,八面体沿着三个轴扩展形成有八个空腔的规则立方体框架,每个空腔被三乙烯二胺阳离子(H2dabco2+)占据,在氢键辅助下形成独特的双四面体构型,填充系数高达80.7%。稳定性环境稳定性:在空气中暴露6个月或在潮湿环境中暴露几天,颜色和形态无变化;光稳定性测试表明,在阳光直射2小时和照射30天后仍保持原始状态,粉末x射线衍射分析证实了这一点。热稳定性:热分解起始温度为161.3℃,满足大部分军用和民用需求。点火性能评估穿透铅板实验:装药量为20mg和10mg时,成功穿透5mm厚的铅板;装药量减少到5mg,也能引爆RDX穿透铅板。性能对比:点火性能远优于已报道的绿色起爆药(如DDNP、ICM-103、ANTPA、K2DNABT和K2DNAT)。总结与展望研究成果总结:DPPE-1由有机-无机双钙钛矿结构组成,合成简单、绿色,大部分分解产物无毒或毒性较小。具有优异的综合性能,如高氧平衡(-4.52%)、高晶体密度(2.88g cm?3)、高填充因子(80.7%)、良好的环境耐性、较好的热稳定性和可接受的机械感度,尤其是超高的点火性能。未来研究方向:寻找热分解温度高于200°C甚至250°C的钙钛矿型绿色起爆药。研究意义:DPPE-1的发现很可能成为材料科学和工程技术的一项启发性工作。原文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-023-43320-0
时间:2026-02-06 00:55:15
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