一類化合物在作為含能材料方面的用途制造技術

本發明專利技術屬于含能化合物領域。具體涉及一類鈣鈦礦型化合物ABX

Use of a class of compounds in energetic materials

The present invention belongs to the field of energetic compounds. Specifically, a class of perovskite type compounds ABX

【技術實現步驟摘要】
一類化合物在作為含能材料方面的用途
本專利技術涉及含能材料領域。具體地說，涉及鈣鈦礦型化合物在作為含能材料方面的用途。
技術介紹
含能化合物是一類具有高能量密度的爆炸物質。最早的含能材料是公元九世紀出現的中國黑火藥，由硫磺、硝酸鉀和木炭粉混合制成，效果差并且性能表現不穩定。到了近代，硝酸甘油最初作為一種醫藥產品被發現，隨后的生產中人們發現它是一種烈性炸藥。硝酸甘油的性能比黑火藥先進的多，但是感度很高，生產和運輸非常危險。阿爾弗雷德·貝恩哈德·諾貝爾在不懈的生產和研究中發現硅藻土可以吸附硝酸甘油，雖然犧牲了一定的爆炸性能，但有效地提高了產品的安全性，由此將硝酸甘油順利的推向了工業應用。步入現代社會以后，比硝酸甘油更高性能的炸藥被不斷發現并投入應用。著名的有三硝基甲苯(TNT)以及比TNT爆炸性能更強的有機含能材料黑索金(RDX)和奧托金(HMX)，這三者廣泛存在于世界各國的武器彈藥之中。近年性能更加優秀但昂貴復雜的有機炸藥六硝基六氮雜異伍茲烷(CL-20)的工業化流程被我國科學家探索出來，推動了我國軍事彈藥更新的前景。近年來，一些帶有含能基團的金屬有機骨架化合物(如：Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,14031；Chem.Eur.J.2013,19,1706)頗受關注，這類化合物具有豐富的基團可調控性以及經由理論計算指出的高爆熱性能，被視作下一代炸藥開發的重要方向。現代炸藥的開發進展中，不同的炸藥除了有各個方面的性能進步也同時不可避免的有各自的缺陷。例如：具有爆炸性的高氯酸鉀曾經用作閃光彈助氧劑，但由于撞擊感度高，易在運輸途中爆炸而被最終棄用(參見《HighEnergyMaterials:Propellants,ExplosivesandPyrotechnics》第347頁，JaiPrakashAgrawal編著，Wiley-VCH出版社，2010)。現有的有機含能材料以及尚處在基礎研究階段的金屬有機骨架含能材料，雖然不乏爆炸性能優異者，但絕大多數存在合成工藝復雜，步驟多，價格較為昂貴，以及對撞擊、摩擦等十分敏感等諸多缺點，因而難以得到實用。因此，如何設計并合成同時具有低成本、高能量密度、低敏感度(高安全性)等優點的鈍感高能含能材料，是含能材料領域的一個經久不衰的追求。
技術實現思路
本專利技術的目的之一在于提供一類新的含能材料。本專利技術的目的之二在于提供一類具有良好安全性能的含能材料。本專利技術的目的之三在于提供一類爆炸性能良好的含能材料。本專利技術的目的之四在于提供一類能量密度高的含能材料。在含能材料領域，本專利技術首次應用了鈣鈦礦型化合物作為含能材料，并突破性地發現其作為含能材料使用時具有尤其適用的性能。所述的鈣鈦礦性化合物具有含能基團，例如，ClO4-含能基團。該類含能材料可以作為，但不限于作為炸藥使用。例如，其還可以作為推進劑、火箭燃料或安全氣囊的氣體發生劑進行使用。鈣鈦礦型化合物是指與鈦酸鈣(CaTiO3)具有相似晶體結構的一類固態化合物，它們具有相同的化學通式ABX3。其中，A和B是不同尺寸的陽離子，而X是陰離子；其理想的結構屬于高對稱性的立方晶系，結構特征可以描述為：每個B位陽離子與6個相鄰的X陰離子相連，每個X陰離子與兩個相鄰的B位陽離子相連，進而形成由立方體籠狀單元組成的三維陰離子骨架；A位陽離子則填充在這些立方體籠狀單元的孔穴中。其中，A是至少一種陽離子，B是至少一種陽離子，而X是至少一種陰離子。當鈣鈦礦包括多于一種的A陽離子時，不同的A陽離子可以以有序的或無序的方式分布在A位點上。當鈣鈦礦包括多于一種的B陽離子時，不同的B陽離子可以以有序的或無序的方式分布在B位點上。當鈣鈦礦包括多于一種X陰離子時，不同的X陰離子可以以有序的或無序的方式分布在X位點上。目前鈣鈦礦型化合物一般作為鐵電材料、光電材料、電磁材料等而研究和應用。作為本專利技術的一個發現，A陽離子比B陽離子大的鈣鈦礦型化合物中，X為含能陰離子基團，由此形成的立體結構使得化合物在帶來含能材料作用的同時，能克服一些已有含能材料的缺陷，例如，根據專利技術人推測，其結構特點因其結晶于立方高對稱性空間群的原因而賦予了其低感度的特點，克服了現有技術的炸藥因感度過高而帶來的不安全性；同時，其結構特點因富含含能基團且這些氧化性含能陰離子與還原性有機陽離子在空間中相間排列的特征而賦予了這類化合物在引爆時的優良的瞬間能量。存放時的低感度特點及引爆時的瞬間能量爆發特點，這兩個看似矛盾的特點由于鈣鈦礦型空間立體結構特點而被得以集合于一身，這使得這類化合物尤其適合作為含能材料例如鈍感高能炸藥而使用。含能基團是指具有爆炸性的基團，但并非所有含有爆炸性基團的化合物都具有爆炸性，一種化合物是否具有爆炸性取決于其整個分子結構而不是某單個基團(參見《炸藥學》第3頁，張華祝等著，北京:兵器工業出版社，2004)。常見的具有爆炸性的基團有ClO3-、ClO4-、NO3-、ONC-、偶氮基團、疊氮離子、硝基等基團。本專利技術的X是至少一種陰離子含能基團，優選一價陰離子含能基團；更優選為一價的含鹵組分的含能基團。優選的陰離子含能基團(X)可以是：ClO4-、BrO4-、IO4-中的一種、兩種或多種。本專利技術的A是至少一種有機陽離子。優選地，A是至少一種含氮雜環有機陽離子；更優選地，A是至少一種含六元環含氮雜環有機陽離子；作為可選的實施方式，A選自以下有機陽離子母體及它們的衍生物中的一種、兩種或多種：A組分有機陽離子的衍生物指的是有機陽離子本體中的氫原子同時或不同時地被取代基取代，常見的取代基有甲基、乙基、異丙基、叔丁基、羥基、羰基、羧基、鹵素、巰基、過氧基、偶氮基和硝基等。本專利技術的B是至少一種一價陽離子。作為可選的實施方式，B選自以下陽離子的一種、兩種或多種：堿金屬離子、NH4+。所述的堿金屬離子優選地選自Na+、K+、Rb+、Cs+中的一種、兩種或多種。優選地，A選自1,4-二氫-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子、1-羥基-4-氫-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子、1,4-二羥基-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子及它們的衍生物中的一種、兩種或多種；更優選地，A選自有機陽離子1,4-二氫-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子、1,4-二羥基-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子中的一種或兩種；優選地，B選自Na+、K+、NH4+中的一種、兩種或多種；更優選地，B選自Na+、NH4+中的一種或兩種；更優選地，B選自NH4+；更優選地，X選自ClO4-、IO4-中的一種或兩種；更優選地，X選自ClO4-。作為進一步優選的實施例，本專利技術的ABX3中：A選自有機陽離子1,4-二氫-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子、1,4-二氫-吡嗪銨離子、1,4-二氫-哌嗪銨離子、1-羥基-4-氫-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子、1,4-二羥基-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子中的一種、兩種或多種；B選自Na+、K+、Rb+、NH4+中的一種、兩種或多種；X選自ClO4-、IO4-中的一種或兩種。作為更進一步優選的實施例，本專利技術的ABX3中：A選自有機陽離子1,4-二氫-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子、1-羥基-本文檔來自技高網...

【技術保護點】
鈣鈦礦型化合物ABX

【技術特征摘要】
1.鈣鈦礦型化合物ABX3在作為含能材料方面的用途，所述的鈣鈦礦型化合物中X是至少一種陰離子含能基團。2.如權利要求1所述的用途，其特征在于所述的X是至少一種一價陰離子含能基團，優選是至少一種含鹵組分的含能基團。3.如權利要求2所述的用途，其特征在于所述的含鹵組分選自ClO4-、BrO4-、IO4-，優選ClO4-。4.如權利要求1所述的用途，其特征在于所述的A是至少一種有機陽離子；優選地，A是至少一種含氮雜環有機陽離子；更優選地，A是至少一種包含六元環含氮雜環有機陽離子。5.如權利要求4所述的用途，其特征在于所述的A是至少一種二價有機陽離子；優選地，A是至少一種二價的含氮雜環有機陽離子；更優選地，A是至少一種二價的包含六元環含氮雜環有機陽離子；更優選地，A選自以下有機陽離子母體及它們的衍生物中的一種、兩種或多種：所述的衍生物為有機陽離子母體中的氫原子同時或不同時地被取代基取代；優選地，所述的取代基選自甲基、乙基、異丙基、叔丁基、羥基、羰基、羧基、鹵素、巰基、過氧基、偶氮基和硝基。6.如權利要求1所述的用途，其特征在于，所述的B是至少一種以下的離子：堿金屬離子、NH4+；更優選地，所述堿金屬選自：Na+、K+、Rb+和Cs+的一種、兩種或多種；進一步優選選自Na+、K+和Rb+的一種、兩種或多種；最優選選自Na+。7.如權利要求1所述的用途，其特征在于，所述的ABX3中，A選自有機陽離子1,4-二氫-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子、1,4-二氫-吡嗪銨離子、1,4-二氫-哌嗪銨離子、1-羥基-4-氫-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子、1,4-二羥基-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子及它們的衍生物中的一種、兩種或多種；B選自Na+、K+、Rb+、NH4+中的一種、兩種或多種；X選自ClO4-、BrO4-、IO4-的一種、兩種或多種；優選地，A選自1,4-二氫-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子、1-羥基-4-氫-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子、1,4-二羥基-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子及它們的衍生物中的一種、兩種或多種；更優選地，A選自有機陽離子1,4-二氫-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子、1,4-二羥基-1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷銨離子中的一種或兩種；更優選地，B選自Na+、K+、NH4+中的一種、兩種或多種；更優選地，B選自Na+、NH4+中的一種或兩種；更優選地，B選自NH4+；更優選地，X選自ClO4-、IO4-中的一種或兩種；更優選地...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張偉雄，陳劭力，陳小明，
申請(專利權)人：中山大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44