兵器科學與技術

5,5'-聯四唑-1,1'-二氧-2-甲基咪唑含能離子鹽的制備、表征及其熱行為

尚宇，金波，彭汝芳，等

摘要：目的：聯四唑化合物由于具有較高的正生成焓、能形成廣泛的氫鍵、分解產物主要為環境友好的氮氣等特點，在軍用和民用方面被廣泛研究。實踐證明，在四唑環上引入 N-氧化物，通過形成氫鍵來提高固態下的密度，增加分子中的氧含量來改善氧平衡，將會進一步提高其含能特性，而5,5'-聯四唑-1,1'-二氧（BTO）含能陰離子正好滿足了上述優異特性。以 5,5'-聯四唑-1,1'-二羥基化合物（H2BTO）和 2-甲基咪唑為原料合成了一種新的 5,5'-聯四唑-1,1'-二氧-2-甲基咪唑含能鹽（M2BTO），并對其結構及含能特性進行了系統的研究。方法：采用酸堿中和反應合成含能離子鹽M2BTO，以水為溶劑，采用緩慢揮發法培養其單晶，并運用X-射線單晶衍射、FT-IR、1H NMR、13C NMR和元素分析等技術對其單晶結構進行表征確認。利用差示掃描量熱法（DSC）和熱重—微分熱重法（TG-DTG）研究該含能離子鹽的熱分解過程，根據含能離子鹽M2BTO在5、10、15、20 K·min－1四種升溫速率下的DSC曲線，得到不同升溫速率下放熱峰的峰值溫度，運用 Kissinger法和Ozawz-Doyle法法計算其放熱分解反應的表觀活化能Ea和指前因子A。用Gaussian 09軟件和Born-Haber循環得到含能離子鹽的生成焓。另外，基于計算的生成焓及單晶密度，采用 Kamlet-Jacobs經驗公式計算其爆速、爆壓，運用WL-1型撞擊感度測試儀測試M2BTO的撞擊感度（H50）。結果：X-射線單晶衍射結果表明含能離子鹽M2BTO的晶體屬于三斜晶系，P-1空間群，晶胞參數為：a＝0.53860(5) nm，b＝0.72676(6) nm，c＝1.11149(11) nm，V＝401.00(6) nm3，ρ＝1.534 g·cm－3，Z＝1；由 DSC 曲線（10 K·min－1）可知，M2BTO 在481.1～517.9 K區間內有一個吸熱過程，對應的吸熱峰值溫度為 513.7 K，而此區間對應的 TG曲線無明顯質量變化，表明該物質正處于熔化過程。隨著溫度的上升，該化合物在503.5～568.2 K有一個失重階段，失重78.2%，DSC曲線顯示M2BTO在542.1 K處有一個尖銳的放熱峰，表明該含能離子鹽發生了強烈的分解放熱反應。由 Kissinger法和 Ozawz-Doyle法得到的表觀活化能分別為 134.7 kJ·mol－1和 136.7 kJ·mol－1，指前因子ln(A/s－1)＝29.33；由 Gaussian 09 軟件和 Born-Haber循環得到含能離子鹽的生成焓為751.13 kJ·mol－1，基于計算的生成焓及單晶密度，由Kamlet-Jacobs經驗公式得到其爆速、爆壓值分別為D＝7104 m·s－1、P＝20.23 GPa；該含能離子鹽的撞擊感度H50＞61.0 cm。結論：成功合成并表征了一種新的含能離子鹽M2BTO。該含能離子鹽的熱穩定性優于常用的含能材料RDX（Tp＝483.2 K）和CL-20（Tp＝488.2 K）。由平均表觀活化能（Ek和Eo的平均值）和指前因子得到的 M2BTO熱分解過程的Arrhenius方程為：lnk＝29.33－135.7×103/RT，含能離子鹽 M2BTO 相比TNT（6881 m·s－1，19.50 GPa，IS＝15 J）具有較高的爆轟參數和撞擊感度。

來源出版物：火炸藥學報, 2016, 39(5): 104-110

入選年份：2016

基于海豚whistle信號的仿生主動聲納隱蔽探測技術研究

殷敬偉，劉強，陳陽，等

摘要：潛艇的輻射噪聲級逐年降低，使得被動聲吶方法難以探測到新一代的安靜型潛艇，而主動聲吶是探測安靜型潛艇的一種較為有效的方法，但主動聲吶探測方式具有易暴露、隱蔽性差的問題。為解決此問題，提出一種基于海豚whistle信號的仿生隱蔽主動聲吶探測方式。自然界海豚的生物聲吶被譽為世界上性能最優異聲吶系統，基于海豚whistle信號特性的研究，利用模糊度分析和時頻分析手段，進行主動聲吶探測信號的波形設計，將線性調頻信號隱蔽在海豚whistle信號中，設計了一種仿生隱蔽主動聲吶探測信號。從時頻域、能量域和波形域3個方面驗證了該仿生隱蔽探測信號與原始海豚whistle信號具有較高的相似性，能夠利用海洋中的生物信號掩蔽該仿生隱蔽探測信號。將探測信號掩蔽在海豚 whistle信號中的仿生隱蔽探測方法以犧牲一定的探測能力為代價，為了提高處理增益，在接收端提出采用自適應相關器作為主動聲吶的時域處理器。該自適應相關器對海洋環境有較強的匹配適應能力，可自動匹配海洋信道，綜合利用多途信道能量，相較匹配濾波器有更高的信噪比處理增益，有助于提高該仿生隱蔽探測方式的探測能力。開展了仿真和海試驗證。數值仿真結果表明，在信噪比為－5 dB時，仿生隱蔽探測信號和常規LFM信號都可以得到較為理想的檢測效果；在信噪比為－10 dB時，仿生隱蔽探測信號的自適應相關處理和常規 LFM 信號依然可以得到明顯的相關峰，但是仿生隱蔽探測信號的性能有明顯下降。仿真結果驗證了自適應相關器較匹配濾波有更優異的性能，同時也顯示出該仿生隱蔽探測方法是以犧牲一定的探測性能為代價的。為了進一步驗證仿生隱蔽探測方法，2015年于大連小長山島海域進行了海試試驗，試驗結果驗證了該方法的有效性。該仿生隱蔽探測的研究理念為今后主動聲吶的發展提供了一條可以借鑒的新路，而基于仿生的水聲探測、定位以及通信等技術也將會是未來水聲領域的一大研究熱點。當然，所做的研究對于whistle信號的頻帶利用率并不高，接下來擬利用編碼調頻和步進調頻的方法提高whistle信號的頻帶利用率，進一步優化仿生探測信號的波形設計，從而提高仿生主動聲吶的隱蔽探測性能。

來源出版物：兵工學報, 2016, 37(5): 769-777

入選年份：2016