含能材料的案例
中科院合成超高含能氮材料
近日，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所采用超快探測方法與極端高溫高壓實驗技術(shù)，將普通氮氣成功合成為超高含能材料聚合氮和金屬氮，揭示了金屬氮合成的極端條件范圍、轉(zhuǎn)變機(jī)制和光電特征等關(guān)鍵問題，將金屬氮的研究向前推進(jìn)了一大步。
氮材料聚合物是五種常規(guī)超高含能材料之一，蘊含大量可釋放化學(xué)能。在極端高溫高壓條件下，氮分子會發(fā)生一系列復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化，從而形成聚合氮和金屬氮，這兩種氮材料都是典型的超高含能材料，是目前常用炸藥TNT能量密度的十倍以上，具有含能密度高、綠色無污染和可循環(huán)利用等優(yōu)點，如果能作為燃料應(yīng)用于載人火箭一、二級推進(jìn)器，有望將目前火箭起飛重量提升數(shù)倍以上。
鑒于傳統(tǒng)的高溫高壓實驗方法和探測手段的局限性，此前的研究僅部分反映了氮在極端條件下的行為，未能全面揭示由絕緣態(tài)的氮分子向金屬氮轉(zhuǎn)變的壓力、溫度和物性的全息相圖。
中科院科研團(tuán)隊在原有的金剛石對頂砧裝置的基礎(chǔ)上，引入了脈沖激光加熱技術(shù)和超快光譜探測方法，建成了集高溫高壓產(chǎn)生及物性測量的原位綜合實驗系統(tǒng)。研究人員獲取了高溫高壓極端條件，并在此條件下原位研究了氮分子在轉(zhuǎn)變過程中的光學(xué)吸收特性和反射特性，確定了氮分子解離的相邊界及金屬氮合成的極端壓力溫度條件范圍，原位光譜分析研究也進(jìn)一步證實了實驗中確實合成了具有半金屬性質(zhì)的聚合氮和具有完美金屬特性的金屬氮。
來源：中國化工報
展開 合成“金屬氮”能量密度為TNT十倍多
記者從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體物理研究所科研人員成功合成了超高含能材料聚合氮和“金屬氮”，揭示了“金屬氮”合成的極端條件范圍、轉(zhuǎn)變機(jī)制和光電特征等關(guān)鍵問題，將“金屬氮”的研究向前推進(jìn)了一大步。相關(guān)結(jié)果日前發(fā)表在國際著名綜合性期刊《自然》子刊上。
全氮材料聚合物被認(rèn)為是五種常規(guī)超高含能材料之一。在極端高溫高壓條件下，氮分子會發(fā)生一系列復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化，比如分子發(fā)生解離進(jìn)而發(fā)生聚合作用形成聚合氮或進(jìn)一步形成“金屬氮”，這兩種形態(tài)的氮材料都是典型的超高含能材料，是目前常用炸藥TNT能量密度的十倍以上，如果能作為燃料應(yīng)用于載人火箭一、二級推進(jìn)器，有望將目前火箭起飛重量提升數(shù)倍以上。然而，“金屬氮”并不容易獲得，需要高達(dá)百萬大氣壓(GPa)的極端高壓和幾千度的高溫條件。
科研人員以普通氮氣為原材料，引入了脈沖激光加熱技術(shù)和超快光譜探測方法，建成了集高溫高壓產(chǎn)生及物性測量的原位綜合實驗系統(tǒng)。利用綜合實驗系統(tǒng)，研究人員獲取了高達(dá)170GPa、8000K高溫高壓極端條件，并在此條件下原位研究了氮分子在絕緣體—半導(dǎo)體—金屬轉(zhuǎn)變過程中的光學(xué)吸收特性和反射特性，確定了氮分子解離的相邊界及“金屬氮”合成的極端壓力溫度條件范圍，原位光譜分析研究也進(jìn)一步證實了實驗中確實合成了具有半金屬性質(zhì)的聚合氮和具有完美金屬特性的“金屬氮”。
該成果不僅能夠?qū)ζ渌问礁吣艿?em>材料的合成提供指導(dǎo)，也為未來“金屬氫”的成功合成奠定了重要基礎(chǔ)。
文章來源：科技日報
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本書介紹了有限元分析常用的材料本構(gòu)模型、 狀態(tài)方程、 材料動態(tài)力學(xué)參數(shù)的標(biāo)定方法， 給出了上千種常用材料的數(shù)值計算材料模型參數(shù)， 涉及各類金屬、 陶瓷、 玻璃、 生物材料、 空氣、 水、 冰、 地質(zhì)材料、 含能材料、 有機(jī)聚合物和復(fù)合材料等， 同時列出了數(shù)據(jù)來源。本書適合理工科院校的教師、 本科高年級學(xué)生和研究生作為有限元分析學(xué)習(xí)輔助教材， 也可以作為國防軍工、 航空航天、 汽車碰撞、 材料加工、 生物醫(yī)學(xué)、 電子產(chǎn)品、 結(jié)構(gòu)工程、 采礦、 船舶等行業(yè)工程技術(shù)人員的工程設(shè)計和數(shù)值計算參考手冊， 還可應(yīng)用于有限元計算軟件材料庫的開發(fā)。
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21.04.24補充說明：
怎么看有沒有點火（著火）：計算結(jié)束時直接停止，可以畫下溫度-時間曲線，若溫度梯度很大，說明材料內(nèi)部已失穩(wěn)，請參考文獻(xiàn)試驗與仿真結(jié)果：
2. 升溫速率怎么更改：請在 邊界條件 根據(jù)情況修改升溫速率。
初始正文
含能材料在慢速烤燃試驗中因內(nèi)熱源的存在，即受熱分解，最終引導(dǎo)燃燒、爆炸等劇烈反應(yīng)。采用HETVAL子程序的一步分解慢速烤燃模型請參考：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1300451
然而有時反應(yīng)并不是一步完成的，需要多步反應(yīng)模型，此時HETVAL并不夠用。為此，調(diào)用強(qiáng)大的USDFLD子程序跟HETVAL聯(lián)用解決問題。當(dāng)然，USDFLD非常強(qiáng)大，本例僅演示其與HETVAL的聯(lián)用并分析慢速烤燃過程。
本例提供HETVAL、USDFLD子程序、cae及inp源文件，咨詢請聯(lián)系我 QQ：180280578。
附件包括詳細(xì)建模過程、材料參數(shù)、注意事項及子程序。
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<p><img referrerpolicy="no-referrer" crossorigin="anonymous" data-referrer-policy-set="true" src="/images/content/youku-case.png"> </p><p><br></p><p>含能材料在慢速烤燃試驗中因內(nèi)熱源的存在，即受熱分解，最終引導(dǎo)燃燒、爆炸等劇烈反應(yīng)。<a href="/major/abaqus" rel="noopener noreferrer" target="_blank">Abaqus</a>提供了HETVAL子程序，能夠很好地模擬慢速烤燃過程。本教程以單步分解慢速烤燃為例，一步一步演示建模計算過程；同時提供HETVAL子程序。cae及inp源文件請聯(lián)系我 180280578@qq.com。</p><p>附件包括詳細(xì)建模過程、材料參數(shù)、注意事項及子程序。</p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/202101/24413a0ac24c49f8b59f52f5900fb2f9.jpg" title="3.jpg" alt="3.jpg" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202101/24413a0ac24c49f8b59f52f5900fb2f9.jpg?
展開 北理工金韶華/陳煜教授團(tuán)隊JHM：定向化構(gòu)建用于高能鈍感炸藥回收的天然高分子水凝膠
（a）不同pH值下的脫除率；脫除NTO后（b）250倍（c）550倍下的掃描電鏡圖；（d）脫除NTO前后的XPS全譜圖
上述研究實現(xiàn)了基于含能廢水的處理需求，定向化構(gòu)建天然高分子基物理水凝膠吸附劑的策略，探索了一類環(huán)保、簡單的含能廢水吸附材料制備方法，可實現(xiàn)高性能含能材料的有效回收，具有重要的應(yīng)用價值和理論指導(dǎo)意義。該成果以“Construction of a physically cross-linked carrageenan/chitosan/calcium ion double-network hydrogel for 3-Nitro-1, 2, 4-triazole-5-one removal”為題發(fā)表在TOP期刊Journal of Hazardous Materials上。北京理工大學(xué)材料學(xué)院2019級碩士研究生黃倫為第一作者，陳煜教授為論文通訊作者。
論文鏈接：
https://authors.elsevier.com/sd/article/S0304-3894(21)02478-X
展開 低場核磁在火炸藥交聯(lián)固化、老化性能評估中應(yīng)用
火炸藥是由含能材料與其它功能性材料組成的復(fù)合材料體系，作為武器彈藥動力和毀傷能源，其老化性能研究一直受到各國研究者和軍方的關(guān)注 。
對于含高分子黏合劑的復(fù)合固體推進(jìn)劑及高聚物黏結(jié)炸藥（PBX），其黏合劑的結(jié)構(gòu)與性能是影響其老化過程中力學(xué)性能、安全性能及結(jié)構(gòu)完整性的關(guān)鍵因素 。
因此，高分子黏合劑體系結(jié)構(gòu)與性能的快速、準(zhǔn)確表征與評價,是研究復(fù)合固體推進(jìn)劑和炸藥老化性能的關(guān)鍵 。
國高材分析測試中心
低頻核磁共振儀
能夠?qū)θ芤骸⒛z、固體、顆粒等狀態(tài)樣品進(jìn)行無損的快速分析。可定量檢測彈性體交聯(lián)密度、增韌劑/橡膠含量、軟硬段比例、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度、活化能、氟含量等。可對硫化過程、固化、老化過程、降解過程、材料吸濕和干燥過程等過程進(jìn)行過程檢測。可實現(xiàn)顆粒-聚合物相容性、顆粒表面改性程度、材料吸附性能評價、聚合物競爭性吸附、親疏水性表征等性能在線實驗研究和工藝評價。
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低場核磁共振技術(shù)可以通過監(jiān)測聚合物體系中處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫質(zhì)子的橫向弛豫時間T2 , 來表征聚合物的固化程度、交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，是一種簡 單、無損、快速、定量的含高分子黏合劑復(fù)合固體推進(jìn)劑及炸藥老化性能變化關(guān)鍵參量評估方法。
低場核磁共振主要用于測定物質(zhì)中1H的弛豫特性分析，具有以下優(yōu)點:
1. 測試迅速、準(zhǔn)確;
2. 測定樣品時不需要處理樣品和侵入樣品內(nèi)部,對樣品不產(chǎn)生污染和破壞;
3. 測試過程不受樣品狀態(tài)、形狀的限制;
4. 能夠?qū)崟r在線監(jiān)測, 獲得樣品在時間上持續(xù)變化信息;
5. 檢測的試驗溫度可控可按實驗需求程序控制;
6.
展開 激波作用下顆粒層動態(tài)演化的雙流體模擬
（2）模擬預(yù)測的顆粒層上游和下游檢測點處的氣相壓力變化，以及顆粒層左右界面位置的時間演化，都能與實驗結(jié)果很好的定量吻合，說明OpenFOAM中的雙流體模型和相應(yīng)求解器能夠模擬預(yù)測沖擊條件下的氣固流體力學(xué)作用。
【參考文獻(xiàn)】
[1]薛琨,許俊彪,白春華.爆炸驅(qū)動顆粒射流形成與演化的實驗研究[J].振動與沖擊,2014(07):126-132+146.
[2]馮吉奎,皮愛國,劉源,景瑩琳.爆炸驅(qū)動亞毫米級金屬顆粒群的飛散特性[J].高壓物理學(xué)報,2019(06):173-181.
[3]張傳山,馮春,薛琨.爆炸載荷下脆性顆粒體系破碎特性的數(shù)值研究[J].計算力學(xué)學(xué)報,2022,39(03):307-314.
[4]蔣治海,龍新平,韓勇,等.炸藥爆炸驅(qū)動殼體破裂及液體噴射過程試驗研究[J].含能材料,2011,19(03):321-324.
[5]薛琨,余琪琪,白春華.爆炸驅(qū)動顆粒多相材料形成射流的實驗研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報,2013.
[6]薛琨,許俊彪,白春華.爆炸驅(qū)動顆粒射流形成與演化的實驗研究[J].振動與沖擊,2014,33(7):8.
[7]Theofanous TG,Mitkin V,Chang CH.The dynamics ofdense particle clouds subjected to shock waves.Experimentsand scaling laws[J].Journal of Fluid Mechanics,2016,792:658-681.
文章來源：當(dāng)代化工研究 2023，13期
展開 鋰電儲能系統(tǒng)熱失控防控技術(shù)研究進(jìn)展
因此，電池燃燒火災(zāi)是能維持高溫的氣體火災(zāi)。從電池化學(xué)體系和熱失控自生熱特性來看，電池火災(zāi)是含能材料自反應(yīng)的熱氣致燃。基于前述的熱失控演化過程3個階段和6個過程采取針對性防控措施非常關(guān)鍵。
3.1 熱失控抑制技術(shù)
現(xiàn)有的熱失控抑制技術(shù)主要集中在冷卻和阻隔兩方面。3.1.1 熱失控冷卻抑制技術(shù)在冷卻手段方面，Liu等研究了細(xì)水霧對3.7 V、2.6 Ah的NCM(1∶1∶1)電池單體不同SOC下熱失控抑制情況。研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)加熱下熱失控發(fā)生是不可阻擋的，但可以通過噴灑細(xì)水霧來降低熱失控時的表面溫度。對于高SOC，細(xì)水霧抑制熱失控很困難，溫度降低了20 ℃。對于低SOC，表面溫度至少下降了83.8 ℃，這表明了細(xì)水霧對低SOC電池?zé)崾Э氐睦鋮s能力更強(qiáng)。而對于模組而言，其定義了冷卻系數(shù)來確定細(xì)水霧的冷卻效果，并認(rèn)為當(dāng)電池表面溫度降低到100 ℃以下時，可以成功防止熱失控。儲能電站電池一般為串并聯(lián)連接，連接方式對熱失控傳播影響較大。Liu等研究了并聯(lián)方式對鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑ズ图?xì)水霧主動降溫的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)連接的電池顯示出更低的熱失控起始溫度，這會導(dǎo)致細(xì)水霧作用的臨界溫度節(jié)點降低。當(dāng)臨界溫度降低到100 ℃以下時，冷卻過程主要依賴水的吸熱，這使得控制效果大幅降低。Huang等研究了液氮對4.2 V、2200 mAh的LCO電池?zé)崾Э氐睦鋮s和抑制效果。結(jié)果表明，在熱失控早期施加液氮可以成功預(yù)防熱失控的發(fā)生。隨著電池表面溫度的增加，液氮對電池的抑制作用減弱，但噴灑29.3 g液氮在80 s就將9.24 Wh電池的表面溫度從700 ℃降低到100 ℃，顯示了較高的冷卻能力。由于液氮的工程布置復(fù)雜，使得規(guī)模應(yīng)用受到限制。
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