一类化合物在作为含能材料方面的用途制造技术

本发明专利技术属于含能化合物领域。具体涉及一类钙钛矿型化合物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

【技术实现步骤摘要】
一类化合物在作为含能材料方面的用途
本专利技术涉及含能材料领域。具体地说，涉及钙钛矿型化合物在作为含能材料方面的用途。
技术介绍
含能化合物是一类具有高能量密度的爆炸物质。最早的含能材料是公元九世纪出现的中国黑火药，由硫磺、硝酸钾和木炭粉混合制成，效果差并且性能表现不稳定。到了近代，硝酸甘油最初作为一种医药产品被发现，随后的生产中人们发现它是一种烈性炸药。硝酸甘油的性能比黑火药先进的多，但是感度很高，生产和运输非常危险。阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔在不懈的生产和研究中发现硅藻土可以吸附硝酸甘油，虽然牺牲了一定的爆炸性能，但有效地提高了产品的安全性，由此将硝酸甘油顺利的推向了工业应用。步入现代社会以后，比硝酸甘油更高性能的炸药被不断发现并投入应用。著名的有三硝基甲苯(TNT)以及比TNT爆炸性能更强的有机含能材料黑索金(RDX)和奥托金(HMX)，这三者广泛存在于世界各国的武器弹药之中。近年性能更加优秀但昂贵复杂的有机炸药六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的工业化流程被我国科学家探索出来，推动了我国军事弹药更新的前景。近年来，一些带有含能基团的金属有机骨架化合物(如：Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,14031；Chem.Eur.J.2013,19,1706)颇受关注，这类化合物具有丰富的基团可调控性以及经由理论计算指出的高爆热性能，被视作下一代炸药开发的重要方向。现代炸药的开发进展中，不同的炸药除了有各个方面的性能进步也同时不可避免的有各自的缺陷。例如：具有爆炸性的高氯酸钾曾经用作闪光弹助氧剂，但由于撞击感度高，易在运输途中爆炸而被最终弃用(参见《HighEnergyMaterials:Propellants,ExplosivesandPyrotechnics》第347页，JaiPrakashAgrawal编著，Wiley-VCH出版社，2010)。现有的有机含能材料以及尚处在基础研究阶段的金属有机骨架含能材料，虽然不乏爆炸性能优异者，但绝大多数存在合成工艺复杂，步骤多，价格较为昂贵，以及对撞击、摩擦等十分敏感等诸多缺点，因而难以得到实用。因此，如何设计并合成同时具有低成本、高能量密度、低敏感度(高安全性)等优点的钝感高能含能材料，是含能材料领域的一个经久不衰的追求。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一类新的含能材料。本专利技术的目的之二在于提供一类具有良好安全性能的含能材料。本专利技术的目的之三在于提供一类爆炸性能良好的含能材料。本专利技术的目的之四在于提供一类能量密度高的含能材料。在含能材料领域，本专利技术首次应用了钙钛矿型化合物作为含能材料，并突破性地发现其作为含能材料使用时具有尤其适用的性能。所述的钙钛矿性化合物具有含能基团，例如，ClO4-含能基团。该类含能材料可以作为，但不限于作为炸药使用。例如，其还可以作为推进剂、火箭燃料或安全气囊的气体发生剂进行使用。钙钛矿型化合物是指与钛酸钙(CaTiO3)具有相似晶体结构的一类固态化合物，它们具有相同的化学通式ABX3。其中，A和B是不同尺寸的阳离子，而X是阴离子；其理想的结构属于高对称性的立方晶系，结构特征可以描述为：每个B位阳离子与6个相邻的X阴离子相连，每个X阴离子与两个相邻的B位阳离子相连，进而形成由立方体笼状单元组成的三维阴离子骨架；A位阳离子则填充在这些立方体笼状单元的孔穴中。其中，A是至少一种阳离子，B是至少一种阳离子，而X是至少一种阴离子。当钙钛矿包括多于一种的A阳离子时，不同的A阳离子可以以有序的或无序的方式分布在A位点上。当钙钛矿包括多于一种的B阳离子时，不同的B阳离子可以以有序的或无序的方式分布在B位点上。当钙钛矿包括多于一种X阴离子时，不同的X阴离子可以以有序的或无序的方式分布在X位点上。目前钙钛矿型化合物一般作为铁电材料、光电材料、电磁材料等而研究和应用。作为本专利技术的一个发现，A阳离子比B阳离子大的钙钛矿型化合物中，X为含能阴离子基团，由此形成的立体结构使得化合物在带来含能材料作用的同时，能克服一些已有含能材料的缺陷，例如，根据专利技术人推测，其结构特点因其结晶于立方高对称性空间群的原因而赋予了其低感度的特点，克服了现有技术的炸药因感度过高而带来的不安全性；同时，其结构特点因富含含能基团且这些氧化性含能阴离子与还原性有机阳离子在空间中相间排列的特征而赋予了这类化合物在引爆时的优良的瞬间能量。存放时的低感度特点及引爆时的瞬间能量爆发特点，这两个看似矛盾的特点由于钙钛矿型空间立体结构特点而被得以集合于一身，这使得这类化合物尤其适合作为含能材料例如钝感高能炸药而使用。含能基团是指具有爆炸性的基团，但并非所有含有爆炸性基团的化合物都具有爆炸性，一种化合物是否具有爆炸性取决于其整个分子结构而不是某单个基团(参见《炸药学》第3页，张华祝等著，北京:兵器工业出版社，2004)。常见的具有爆炸性的基团有ClO3-、ClO4-、NO3-、ONC-、偶氮基团、叠氮离子、硝基等基团。本专利技术的X是至少一种阴离子含能基团，优选一价阴离子含能基团；更优选为一价的含卤组分的含能基团。优选的阴离子含能基团(X)可以是：ClO4-、BrO4-、IO4-中的一种、两种或多种。本专利技术的A是至少一种有机阳离子。优选地，A是至少一种含氮杂环有机阳离子；更优选地，A是至少一种含六元环含氮杂环有机阳离子；作为可选的实施方式，A选自以下有机阳离子母体及它们的衍生物中的一种、两种或多种：A组分有机阳离子的衍生物指的是有机阳离子本体中的氢原子同时或不同时地被取代基取代，常见的取代基有甲基、乙基、异丙基、叔丁基、羟基、羰基、羧基、卤素、巯基、过氧基、偶氮基和硝基等。本专利技术的B是至少一种一价阳离子。作为可选的实施方式，B选自以下阳离子的一种、两种或多种：碱金属离子、NH4+。所述的碱金属离子优选地选自Na+、K+、Rb+、Cs+中的一种、两种或多种。优选地，A选自1,4-二氢-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子、1-羟基-4-氢-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子、1,4-二羟基-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子及它们的衍生物中的一种、两种或多种；更优选地，A选自有机阳离子1,4-二氢-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子、1,4-二羟基-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子中的一种或两种；优选地，B选自Na+、K+、NH4+中的一种、两种或多种；更优选地，B选自Na+、NH4+中的一种或两种；更优选地，B选自NH4+；更优选地，X选自ClO4-、IO4-中的一种或两种；更优选地，X选自ClO4-。作为进一步优选的实施例，本专利技术的ABX3中：A选自有机阳离子1,4-二氢-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子、1,4-二氢-吡嗪铵离子、1,4-二氢-哌嗪铵离子、1-羟基-4-氢-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子、1,4-二羟基-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子中的一种、两种或多种；B选自Na+、K+、Rb+、NH4+中的一种、两种或多种；X选自ClO4-、IO4-中的一种或两种。作为更进一步优选的实施例，本专利技术的ABX3中：A选自有机阳离子1,4-二氢-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子、1-羟基-本文档来自技高网...

【技术保护点】
钙钛矿型化合物ABX

【技术特征摘要】
1.钙钛矿型化合物ABX3在作为含能材料方面的用途，所述的钙钛矿型化合物中X是至少一种阴离子含能基团。2.如权利要求1所述的用途，其特征在于所述的X是至少一种一价阴离子含能基团，优选是至少一种含卤组分的含能基团。3.如权利要求2所述的用途，其特征在于所述的含卤组分选自ClO4-、BrO4-、IO4-，优选ClO4-。4.如权利要求1所述的用途，其特征在于所述的A是至少一种有机阳离子；优选地，A是至少一种含氮杂环有机阳离子；更优选地，A是至少一种包含六元环含氮杂环有机阳离子。5.如权利要求4所述的用途，其特征在于所述的A是至少一种二价有机阳离子；优选地，A是至少一种二价的含氮杂环有机阳离子；更优选地，A是至少一种二价的包含六元环含氮杂环有机阳离子；更优选地，A选自以下有机阳离子母体及它们的衍生物中的一种、两种或多种：所述的衍生物为有机阳离子母体中的氢原子同时或不同时地被取代基取代；优选地，所述的取代基选自甲基、乙基、异丙基、叔丁基、羟基、羰基、羧基、卤素、巯基、过氧基、偶氮基和硝基。6.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的B是至少一种以下的离子：碱金属离子、NH4+；更优选地，所述碱金属选自：Na+、K+、Rb+和Cs+的一种、两种或多种；进一步优选选自Na+、K+和Rb+的一种、两种或多种；最优选选自Na+。7.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的ABX3中，A选自有机阳离子1,4-二氢-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子、1,4-二氢-吡嗪铵离子、1,4-二氢-哌嗪铵离子、1-羟基-4-氢-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子、1,4-二羟基-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子及它们的衍生物中的一种、两种或多种；B选自Na+、K+、Rb+、NH4+中的一种、两种或多种；X选自ClO4-、BrO4-、IO4-的一种、两种或多种；优选地，A选自1,4-二氢-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子、1-羟基-4-氢-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子、1,4-二羟基-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子及它们的衍生物中的一种、两种或多种；更优选地，A选自有机阳离子1,4-二氢-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子、1,4-二羟基-1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵离子中的一种或两种；更优选地，B选自Na+、K+、NH4+中的一种、两种或多种；更优选地，B选自Na+、NH4+中的一种或两种；更优选地，B选自NH4+；更优选地，X选自ClO4-、IO4-中的一种或两种；更优选地...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟雄，陈劭力，陈小明，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44