繁荣!

与爆炸物储存柜包含产品等火药、炸药,TNT和现代塑料炸药就像炸药,有人可能会认为现在有很多方法吹起来,并没有什么新的是必要的。但一些炸药有毒或环境不友好,和更安全的替代方案是最受欢迎的,就像那些在存储或与特定的爆轰性能更稳定。研究高能材料仍然是一个富有成果的领域,尽管不是一个利基和潜在的危险。

含氮化合物的内在渴望重新排列,形成氮气是精力充沛的材料研究的核心,和卡尔Christe美国南加州大学的纯氮的化合物和离子。创建氮同素异形体是极其困难的,他解释道,这不仅是因为很少有化学反应,使它们,而是因为——当然——材料可能是非常精力充沛。

直到1990年代末,只有这样一部分叠氮化是阴离子,N₃^{- - - - - -}。Darpa,美国国防高级研究计划局,感兴趣的潜力polynitrogen化合物用于军事目的,并开始在该地区基金项目。Polynitrogen化合物将是革命性的充满活力的材料,非常高的能量释放时转换回分子氮、“Christe说。他们可以显著提高炸药的爆轰压力,并将有额外的优势:环保,作为唯一的分解产物是氮气。

Darpa资助启用Christe开发合成的阳离子polynitrogen物种N₅⁺。的阳离子是惊人的稳定约60 - 70°C,我们创建了一个十几个不同的盐。他们还发现光谱证据循环N₅^{- - - - - -}离子。尽管2004年Darpa叫停了计划,N₅⁺发现了很多计算化学的兴趣。

“文学理论论文淹了polynitrogen化合物,但是至今还没有人能够做出任何实际的意义,“Christe说。这是困难的。人没有的技能或正确的起始原料,如果它是一个多一步反应,中间体可能是高度不稳定,没有中间polynitrogens已知的反应。两个诺贝尔奖获得碳同素异形体——巴克球和石墨烯。做一个氮同素异形体是数度更加困难!”

所有氮,所有的时间

继续寻找氮的同素异形体,由于理论计算。早在2002年,例如,罗德尼·巴特利特佛罗里达大学的,我们预测,N₅⁺N₅^{- - - - - -}应该是一个稳定的结晶盐。今年早些时候,耶路撒冷希伯来大学的本尼格柏,以色列,计算预测晶体N出版₈在低温下是稳定的,有两个N₈单位由弱的范德华相互作用。每个N₈预测单元本身是相当不稳定,分解到两个N₃激进分子和N₂,低活化能障碍只有8或13个千卡每摩尔,这取决于N₈同分异构体。但实验,活动稳定氮同素异形体仍然是难以捉摸的。

彼得Portius正在调查富氮的化合物在他的实验室里谢菲尔德大学,英国与精力充沛的富氮和nitrogen-only配体,如叠氮基组three-nitrogen线性链,并协调他们光元素包括硅、锗或磷。这可能导致小说复合物的几个叠氮化配体由一个协调中心——一个non-nitrogen原子周围很多氮,”他说。这是真正令人兴奋的探索富氮的化合物的含氮量的限制仍然可以被孤立,和合成这些化合物Schlenk管。”

他的团队使用合成化学结合一系列的分析技术,如超快的时间分辨激光光谱学、阐明分子的稳定性。“稳定拥抱等问题影响,摩擦,静电放电和热灵敏度,“Portius说。”富氮的化合物,分解可以很容易触发,部分原因是它们的n n债券是弱,和n n三键二氮是强大的。之间的能量差为氮两种焊接模式意味着这些化合物在能量储存承诺。”

高氮分子

一些最迷人的工作精力充沛的材料领域是由托马斯Klapotke德国慕尼黑大学。许多分子的他和他的团队已经在纸上看起来极其不可能——大多数化学家,它们看起来固有的不稳定,exothermically。

不过这并不威吓他,。他感兴趣的任何可能被归类为一个精力充沛的材料,是否作为主要爆炸,二次爆炸,枪推进剂或火箭推进剂。烟火的我们也有一些兴趣,精力充沛的材料而不是炸药,”他说。这项工作的主要原因是为军队提供更好的材料。可以看到“更好”的表现,或降低敏感性,使他们更安全的处理,或更低的毒性。但如果灵敏度和毒性降低的性能,使用的材料是不太可能。对出版物的也许是不错的,但在现实世界中,如果没有拍摄到,忘掉它,“Klapotke补充道。

大约15年前,Klapotke开始看看高氮的化合物——定义为那些至少65%的氮气。他们可以美丽作为枪推进剂充电器的成分,但对于烈性炸药他们没有最后一点能量剩余10%的氧化氮分子如果他们是90%,”他解释说。

五六年前他专注略转向高氮的化合物也富氧。他们可能含有硝基或N氧化物,剩下的氧气有助于氧化碳和氢,将它转化为一氧化碳和水,和交付一个温升。N氧化物也增加分子的极性,使能量进一步推动通过增加分子的相互作用使密度高,Klapotke说。爆轰速度与密度尺度,爆轰压力,更重要的是,尺度和密度的平方。所以密度越高越好。

他发表了大量的结构和合成这些at-least-two-thirds-nitrogenN氧化物和硝基化合物。几个Ardec进入小规模技术扩大,美国陆军武器装备研究开发和工程中心位于阿森纳在新泽西州,他们正在合成一千克尺度为测试制定的目的。他们是混合粘结剂和增塑剂观察他们的行为举止在现实武器系统中,“他说。

主要问题

在烈性炸药领域,Klapotke官邸TKX-50 (dihydroxylammonium 5、5 ' -bistetrazole-1 1 ' -diolate)是与美国陆军研究实验室在美国马里兰州阿伯丁试验场。通过化学氧化四唑,它不仅是简单和廉价的合成,但它也是一个强大的炸药热不敏感,安全处理和低毒性。“美国陆军现在扩展到20公斤批次进一步评价它,我希望总有一天会使它成为一个真正的应用程序中,”他说。

大多数主要炸药——那些用来引爆更大数量的不敏感炸药新法制备斯蒂酚酸铅-叠氮化铅或。他们工作得很好,便宜,但呈现它们有毒。拍摄一次行动并不是问题,真正的问题是在枪械训练场地,铅会慢慢积累,对环境产生长期影响,有全职工作的人。我们最近发布了一叠氮化铅的含钾的化合物也有类似的属性,“Klapotke说。钾1,1 ' -dinitramino-5 5 ' -bistetrazolate,或K2DNAMT更昂贵但更安全,而且可以作为一个替代含铅引物,尤其是在应用铅积累是一个真正的风险。

Christe也在寻找叠氮化铅替代品,使得至少30个不同polyazides搜索。商用三甲基硅烷基叠氮化,这不是冲击敏感,反应与金属氟化物,一步法,定量反应,一系列polyazide盐,包括oxoazides和nitrodoazides。一些很爆炸,一些非常敏感,但其他人足够稳定的炸药领域的兴趣,”他说。

避免了缺点

安全是一个关键问题时精力充沛的材料。没有在他们爆炸——如果他们不热不稳定,他们不会释放能量反应或燃烧。理想的充满活力的材料必须具有足够高的激活能量势垒对反应或分解,使其安全操作,但如果提供足够的说服力可以爆炸。

现在是标准程序运行计算机模拟在制造新的分子,和许多性能参数可以可靠地计算。计算熵的生成和密度可以用来预测爆炸速度和压力,加上爆炸的温度。如果我们有一个奇异的合成分子,可能需要五周,我们可以预测是否会比TNT表现好坏,并决定是否值得,“Klapotke说。的敏感性水平更难以预测的——你仍然需要让事情在实验室里看到他们是多么安全处理。

Klapotke急于指出,他们是故意合成化合物的军队被设计成致命的。我们不知道敏感的或危险的一种新的化合物,这就是为什么我们做第一个预科规模不超过250毫克。我们可以大致评估其影响摩擦和静电敏感性,”他说。

如果属性是有前途的,他们就会扩大到0.7 g和重复对谷物进行安全测试更准确,可靠的数据。如果这些保持好,然后扩大到2.5 g,然后5克,然后10 g,每次与进一步的安全评估;如果不稳定在2.5 g,它将没有实际使用在一个更大的规模。我们从不超过10 g在一个批处理,”他说。即使我们需要50克对于爆轰速度测试,我们会做五10 g预备。”

以及数量规则,自我保护也是必不可少的。“你必须非常谨慎的处理这些材料时,“Christe说。”,因为他们可以迅速释放大量的能量,你必须保护自己,用皮革或凯夫拉尔服装,手套,面临着保护和耳塞。

如果材料静电放电敏感度高,设备和通风柜都会脚踏实地,就像化学家,Klapotke补充道,导电鞋进行地板。的操作,比如按材料到平板电脑通过远程控制在一个掩体,紧闭的门如果出了什么差错不能伤害化学家。”

在一个领域事故导致受伤可以足以完全关闭操作,这些安全措施是至关重要的。Christe,例如,两次被迫改变工作在其他实验室事故导致他的雇主——Stauffer 1967年和1994年Rocketdyne放弃精力充沛的材料研究。

尽管小心防范,小事故仍时有发生,Klapotke说。有时化合物可以爆炸,没有任何刺激,他们可以坐在滤纸和意外爆炸。“幸运的是,这并不经常发生,我们只有有一个糟糕的事故在我的时间在慕尼黑,“他说。这是第一次,我不想再次看到它。绝对的安全是不可能的,无论你做什么在生活中,有一些风险,风险总是存在的,当使用炸药,伤害可能发生。在我的职业生涯我之前受伤,戴助听器。没有什么是100%安全的,但如果没有人发明了新的分子,我们永远不会找到更好的东西。”