后CHNO類(lèi)含能材料的發(fā)展思考

黃 輝，黃亨建

(中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所，四川 綿陽(yáng) 621900)

1 前 言

含能材料是武器裝備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程投送和高效毀傷的能量源，其性能優(yōu)劣直接決定了武器性能水平的高低?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下，武器裝備對(duì)含能材料的發(fā)展提出了更高的要求：一方面，迫切需要高能量水平和高釋能效率的新型高能量密度含能材料，以提高武器彈藥的毀傷效能；另一方面，迫切需要發(fā)展不敏感、高安全性的含能材料，以降低武器彈藥的易損性，滿(mǎn)足武器作戰(zhàn)平臺(tái)高安全性。如何突破現(xiàn)有含能材料發(fā)展的技術(shù)瓶頸，滿(mǎn)足現(xiàn)代武器裝備高性能的軍事需求，需要不斷探索和創(chuàng)新。眾所周知，從二戰(zhàn)至今，戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)與作戰(zhàn)模式、作戰(zhàn)裝備與平臺(tái)都發(fā)生了重大變化，而含能材料的發(fā)展卻相對(duì)緩慢，不能適應(yīng)現(xiàn)代武器裝備的要求。武器彈藥中大量使用的依然是梯恩梯(TNT)、黑索金(RDX)和奧克托今(HMX)等少數(shù)單質(zhì)炸藥，可實(shí)際應(yīng)用的新型高能量密度材料非常缺乏，嚴(yán)重制約了武器裝備的發(fā)展和性能的提升。

2 CHNO類(lèi)含能材料面臨的主要問(wèn)題和瓶頸

2.1 CHNO類(lèi)含能材料活力不再

目前已知的含能材料絕大多數(shù)是以—NO2為致爆基團(tuán)的CHNO類(lèi)含硝基化合物。從近代炸藥發(fā)明到現(xiàn)在的240多年間，能獲得廣泛應(yīng)用的單質(zhì)炸藥非常少(見(jiàn)表1)。這是由于CHNO類(lèi)含能材料分子只有4個(gè)元素，在分子設(shè)計(jì)和合成上可調(diào)節(jié)的空間很小，而需要綜合考慮的因素又很多，諸如：能量、感度、安定性、相容性、成本、環(huán)保等，這些因素通常又相互制約，導(dǎo)致炸藥分子合成成功的概率非常??；另一方面，炸藥性能的考核驗(yàn)證與評(píng)價(jià)往往需要比較長(zhǎng)的時(shí)間，武器彈藥的使用要求又十分苛刻，使得最終能夠完全滿(mǎn)足武器彈藥使用要求的單質(zhì)含能材料更少。對(duì)于一種新型含能材料，從研發(fā)、放大到應(yīng)用需要進(jìn)行一系列性能評(píng)估，周期長(zhǎng)、步驟多、標(biāo)準(zhǔn)要求高。例如，苦味酸從合成到應(yīng)用相距114年，TNT則用了將近39年才實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。HMX從合成到應(yīng)用的周期相對(duì)較短，也花了十余年才獲得應(yīng)用，這主要?dú)w因于HMX是作為RDX的雜質(zhì)發(fā)現(xiàn)的，而當(dāng)時(shí)RDX已經(jīng)得到應(yīng)用。

表1 幾種典型炸藥Table 1 Typical explosives

不僅如此，現(xiàn)有炸藥性能提升也十分緩慢。從TNT(密度ρ=1.65 g/cm3,爆速D=6950 m/s)到HMX(ρ=1.91 g/cm3,D=9100 m/s)，經(jīng)過(guò)了78年，能量輸出只提高了約80%；再到CL-20(ρ=2.04 g/cm3,D=9400 m/s)，又過(guò)了46年，其能量只比HMX提高了8%～10%，而安全性大幅度降低，以撞擊發(fā)火能量評(píng)估，安全性約降低了80%(TNT:撞擊發(fā)火能量IS=15 J;CL-20：IS=3 J，撞擊發(fā)火量越低，其安全性越低)。由此可見(jiàn)，現(xiàn)代含能材料不僅發(fā)展速度緩慢，能量增加幅度也日趨緩慢[2]。

2.2 能量與感度及穩(wěn)定性陷阱

能量與感度是炸藥最重要的兩項(xiàng)性能指標(biāo)，通常情況下，能量越高的炸藥，其感度越高，安全性越差。這導(dǎo)致了炸藥能量與安全性之間相互制約，難以平衡。圖1給出了幾種典型炸藥的爆速D(能量的特征參數(shù)之一)與感度(特性落高H50，表現(xiàn)為50%發(fā)火概率下需要的撞擊能量)的關(guān)系?？梢钥闯?，爆速越高的炸藥其撞擊能越低，感度越高，安全性越低；反之，爆速較低的炸藥，其撞擊能較高，安全性也較高。造成這一矛盾的主要原因是單質(zhì)炸藥的能量主要貯存于炸藥分子之中，能量高的分子其化學(xué)勢(shì)能高，分子的離解能低，分子的穩(wěn)定性必然降低，因而感度增高，安全性變差。因此，存在能量與感度及穩(wěn)定性的陷阱，使得炸藥的兩項(xiàng)主要性能難以協(xié)調(diào)，這阻礙了炸藥的發(fā)展。

2.3 含能分子的貯能釋能已接近極限

已知的含能分子主要是以—NO2為致爆基團(tuán)的CHNO類(lèi)硝基化合物。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，炸藥分子貯存的能量與其密度存在正相關(guān)關(guān)系，如圖2所示。由于有機(jī)炸藥存在密度上限(2.2 g/cm3)，使得其貯存的能量已經(jīng)接近極限。董海山院士曾預(yù)測(cè)過(guò)：以—NO2為致爆基團(tuán)的CHNO類(lèi)炸藥的最大能量可能比HMX只提高31%[2]。

圖1 常見(jiàn)軍用單質(zhì)炸藥能量與安全性的關(guān)系Fig.1 Relationship between energy and safety of common military pure explosives

圖2 幾種炸藥能量與其密度的關(guān)系Fig.2 Relationship between energy and density of explosives

綜上所述，傳統(tǒng)CHNO類(lèi)含能材料的元素組成和碳骨架分子結(jié)構(gòu)特征決定了其貯能/釋能方式主要是分子內(nèi)或分子間的氧化還原反應(yīng)，存在能量極限和能量與感度“陷阱”，難以滿(mǎn)足未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)武器彈藥的要求。急需尋找新型含能材料的貯能/釋能方式，以突破傳統(tǒng)CHNO類(lèi)含能材料元素組成單一、存在能量極限等局限。

3 未來(lái)高能量密度材料的發(fā)展思考

為滿(mǎn)足未來(lái)武器裝備對(duì)含能材料的迫切需求，發(fā)展新一代高能量密度材料是必然出路，這一點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者早有共識(shí)。董海山院士[2]、王澤山院士[3]和于永忠先生[4]等都曾先后提出過(guò)高能量密度材料的發(fā)展建議與對(duì)策。

要突破現(xiàn)有CHNO材料體系和含能分子的能量極限，未來(lái)高能量密度含能材料有哪些可能的發(fā)展方向呢？國(guó)內(nèi)外學(xué)者40多年來(lái)對(duì)此開(kāi)展的論證和研究探索，主要包括以下幾方面。

3.1 籠形硝基化合物

典型的籠形硝基化合物包括以下幾種：CL-20、ONC、三硝基氮雜環(huán)丁烷(TNAZ)、六硝基六氮雜金剛烷(HNHAA)等?；\形硝基化合物作為高能量密度材料的主要代表，已被列入美國(guó)國(guó)防部關(guān)鍵技術(shù)計(jì)劃。

美國(guó)學(xué)者Liebman等[5]提出了張力能概念，由于籠形分子中兩個(gè)C—C鍵間夾角不是四面體109.5°，如在ONC中兩個(gè)C—C鍵間夾角為90°，將產(chǎn)生很大的張力，張力能約為657 kJ/mol，故ONC具有較大的生成焓，但這也影響了分子的穩(wěn)定性，導(dǎo)致安全性降低。

3.2 氮簇化合物及聚合氮

氮的原子量比碳大，以氮代替碳必然會(huì)有更高的密度，氮簇化合物分解產(chǎn)物為氮?dú)猓檬橇己玫淖鞴橘|(zhì)。目前為止，理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)可能穩(wěn)定存在的氮簇化合物有N4[6]、N8[7]、N60[8]等。

美國(guó)Los Alamos實(shí)驗(yàn)室的Ray Englke研究小組[7]用自洽場(chǎng)理論計(jì)算了氮原子簇以及(CH)8-nNn[0≤n≤8]立方烷的性能，認(rèn)為其能量顯著高于現(xiàn)有炸藥。表2為N8立方烷的爆速和爆壓計(jì)算值，結(jié)果表明，N8的爆速和爆壓比目前所有單質(zhì)炸藥都高，其爆壓大約是HMX的3倍。

表2 N8立方烷性能計(jì)算結(jié)果與部分炸藥性能比較

Table2CalculationresultsofN8cubicalkanepropertiescomparedwithsomeexplosives

ExplosiveDensity/g·cm-3Detonationvelocity/m·s-1Detonationpressure/GPaN8 cubicalkane2.2513920114.62.4514750136.7TNT1.6346928(measurement)19(measurement)HMX1.8779010(measurement)39(measurement)CL-202.0449650(measurement)42(measurement)

全氮化合物至今未合成出來(lái)，但在N5離子型化合物合成方面已取得了一些進(jìn)展。1999年美國(guó)Christe等[9]已合成出N5+AsF6-。它是以As鹽的形式存在的一種強(qiáng)氧化劑，穩(wěn)定性差、低溫能點(diǎn)燃，需在-80 ℃貯存。2000年Vij等[10]在乙腈等極性溶劑中高壓電解對(duì)羥基苯基五唑，檢測(cè)到N5-的質(zhì)譜峰；2017年南京理工大學(xué)胡炳成和陸明教授課題組制備得到了N5-的離子鹽化合物[11]。

聚合氮也是頗具前景的高能量密度材料。1985年，國(guó)外預(yù)測(cè)在超高壓和高溫下氮原子能以共價(jià)鍵三維連接起來(lái)，形成網(wǎng)狀的新物質(zhì)，即聚合氮[12]。2004年，德國(guó)科學(xué)家在單鍵形式聚合氮制備上取得突破，在200 GPa、80 K的低溫高壓下直接合成了透明單鍵立方相氮(金剛氮)[13]。這種單鍵立方相氮是一種無(wú)污染的高能量物質(zhì)，預(yù)測(cè)其爆炸當(dāng)量是目前最好炸藥的5倍左右[14-16]。近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所極端環(huán)境量子物質(zhì)中心采用超快探測(cè)方法與極端高溫高壓試驗(yàn)技術(shù)，以普通氮?dú)鉃樵牧?，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)制與光電特性等關(guān)鍵問(wèn)題，將金屬氮的研究向前推進(jìn)了一大步[17]。

3.3 金屬氫

在極高的壓力下，所有材料都將變成金屬。含能材料的本質(zhì)是貯能和釋能，如能將氣態(tài)物質(zhì)壓縮成金屬態(tài)，它將貯存巨大的能量，然后在一定條件下激發(fā)還原成氣態(tài)，釋放貯存的能量和作功介質(zhì)(氣體)，這就是金屬氫作為超高能含能材料的設(shè)計(jì)思想，如圖3所示。

圖3 金屬氫設(shè)計(jì)思想Fig.3 Design strategy for metallic hydrogen

金屬氫是具有金屬導(dǎo)電性的固態(tài)氫原子，具有極高的能量密度，約為218 kJ/g, 比HMX(5.53 kJ/g)高約40倍，是目前化學(xué)能最高的物質(zhì)，可謂是超高能炸藥[2]。2017年美國(guó)學(xué)者[18]采用金剛石對(duì)頂壓砧技術(shù)，在超高壓和超低溫條件下首次成功制備出固態(tài)金屬氫樣品(圖4)。計(jì)算表明，氫分子的金屬化約需300 GPa以上的壓力。雖然最后在泄壓后樣品的消失帶來(lái)了不少疑惑，但研究金屬氫成為了很多材料研究者的追求。實(shí)際上，金屬氫的超高能還得益于氫是已知元素中質(zhì)量最輕的元素，使得其單位質(zhì)量的能量最高。推而廣之，分子量較輕的氣態(tài)物質(zhì)均可采用極端條件制備超高能含能材料。

圖4 不同壓力下氫的形態(tài)[18]Fig.4 Hydrogen stages at different pressures[18]

3.4 其它新途徑設(shè)想

上述途徑國(guó)內(nèi)外學(xué)者探索了幾十年，任重而道遠(yuǎn)。除此之外，發(fā)展新的高能量密度材料，還有哪些途徑呢？作者認(rèn)為，可以基于炸藥爆炸行為與反應(yīng)速率調(diào)控技術(shù)，運(yùn)用多尺度設(shè)計(jì)方法，拓展分子貯能體系，以期突破現(xiàn)有CHNO分子體系能量極限?？紤]3種可能的貯能設(shè)計(jì)途徑：① 基于原子組合的化學(xué)鍵貯能設(shè)計(jì)；② 基于分子組合的分子間貯能設(shè)計(jì)；③ 基于微納米結(jié)構(gòu)復(fù)合的貯能設(shè)計(jì)。

3.4.1 基于原子組合的化學(xué)鍵貯能設(shè)計(jì)

基于原子組合的化學(xué)鍵貯能設(shè)計(jì)主要包括兩種途徑：一是基于現(xiàn)有碳骨架CHNO體系，繼續(xù)尋找高能量密度的新分子，這在今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間可能仍是含能材料研究的主流方向；二是尋找用高能元素取代C,H,O的新結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)思想是對(duì)當(dāng)前CHNO含能材料分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良優(yōu)化?；舅悸肥且訠,Si,F等元素取代現(xiàn)有含能材料中的可燃元素和氧化元素(C,H,N,O)，從而突破現(xiàn)有含能分子的密度極限和能量極限[2]。中北大學(xué)劉玉存課題組最近采用F原子取代TNT苯環(huán)上的氫原子，獲得了一種新型高能低感熔鑄炸藥，其晶體密度1.80 g/cm3,理論爆速高達(dá)8200 m/s,明顯高于傳統(tǒng)的TNT，且熔點(diǎn)和感度與TNT相當(dāng)。

3.4.2 基于分子組合的分子間貯能設(shè)計(jì)

(1)炸藥共晶結(jié)構(gòu)

共晶炸藥是將不同種類(lèi)炸藥分子通過(guò)分子間非共價(jià)鍵作用力，結(jié)合在同一晶格中，形成具有特定結(jié)構(gòu)和性能的多組分分子晶體[19, 20]。共晶作為一種結(jié)構(gòu)形式，能夠有效克服原化合物的缺陷，并賦予化合物新的性能。該設(shè)計(jì)思想是在分子水平進(jìn)行有序的結(jié)構(gòu)復(fù)合，突破以原子為單元的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架，發(fā)展以分子為單元的炸藥晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。共晶炸藥已逐漸發(fā)展成為構(gòu)筑新型含能材料并調(diào)控其性能的一種有效策略。共晶炸藥還能夠有效調(diào)和炸藥能量與安全性之間的矛盾，對(duì)炸藥能量和安全性的匹配具有重要意義，甚至能夠使炸藥的性能發(fā)生顯著變化，產(chǎn)生超越原有單一組分的性能。2011年，美國(guó)Matzger研究團(tuán)隊(duì)[21]報(bào)道了CL-20/TNT共晶炸藥(摩爾比1∶1)，該共晶結(jié)構(gòu)有效降低了CL-20撞擊感度，提高了其安全性(圖5)。另外，該小組于2015年[22]獲得的過(guò)氧化酮(DADP)與三硝基三碘(TITNB)共晶(圖6)，是首個(gè)感度性能發(fā)生突變的共晶，共晶的撞擊感度均低于單組分，原因在于分子間產(chǎn)生了較強(qiáng)分子間作用力，且具有π-π堆積的層狀結(jié)構(gòu)，提高了分子的穩(wěn)定性。鑒于含能材料的性質(zhì)(爆轟性能和安全性能等)與分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，采用共晶策略形成的新晶體是有望獲得預(yù)期性能的新型功能性含能材料，成為了目前含能材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

圖5 CL-20/TNT共晶結(jié)構(gòu)示意圖[21] Fig.5 Schematic of the structure for CL-20/TNT cocrystal explosive[21]

圖6 DADP/TITNB共晶撞擊感度性能示意圖[22]Fig.6 Schematic of the impact sensitivity of DADP/TITNB explosive[22]

(2)金屬有機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)

金屬有機(jī)化合物近年來(lái)取得了良好進(jìn)展，通過(guò)較好地設(shè)計(jì)微納米孔洞結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)[23, 24]，如向孔洞中填充含能材料或者以含能配體參與構(gòu)筑框架結(jié)構(gòu)，可獲得一類(lèi)新型金屬有機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)含能材料。其設(shè)計(jì)思想是，將金屬與有機(jī)含能材料以接近分子混合的狀態(tài)進(jìn)行復(fù)合，構(gòu)建新的貯能體系，達(dá)到高度可調(diào)的能量釋放并同時(shí)具備低敏感性，大幅提高材料的能量釋放率。制備金屬有機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)含能材料有以下3種技術(shù)途徑。

第一種途徑是將高活性金屬嵌入多孔結(jié)構(gòu)材料以獲得高能量密度，同時(shí)使能量釋放更充分。金屬化含能結(jié)構(gòu)復(fù)合材料就是這種途徑的一個(gè)典型例子。這種材料由高活性金屬和少量高性能聚合物等組成，密度可達(dá)2.3 g/cm3以上(可調(diào))?；谶@種材料設(shè)計(jì)的含能破片及彈頭，在高速侵徹碰撞條件即可發(fā)生點(diǎn)火爆炸，釋放出高能量而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的毀傷，毀傷威力可達(dá)傳統(tǒng)彈頭的2.0～2.5倍。

第二種途徑是主客體限位填充[25]。例如，納米多孔硅、泡沫鋁等三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔道可以用于填充富氧組分或者其他炸藥分子(如三硝基甲烷(TNM)、六硝基乙烷(HNE)等)形成主客體含能材料。這種形式的含能材料利用了不同層級(jí)尺寸效應(yīng)來(lái)充分釋放含能材料的能量，提升其能量利用率。然而，目前主客體含能材料的研究主要是向非含能骨架中填入含能組分，賦予其含能性質(zhì)。實(shí)際上可以借鑒這種技術(shù)手段，將高能燃燒劑(如鋁粉、硼粉等)填充于含能骨架中，可能會(huì)得到性能更加出色的新型含能材料。

第三種途徑：含能金屬有機(jī)框架MOFs復(fù)合結(jié)構(gòu)。MOFs是金屬有機(jī)骨架(metal organic frameworks)復(fù)合物，是由金屬中心離子或金屬簇與橋連的有機(jī)配體通過(guò)自組裝連接形成的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。MOFs通常用于吸收氫氣、氨氣等氣體，在催化領(lǐng)域研究較多[26, 27]，其配體通常也不含能。若能將配位聚合物中的配體替換為含能配體，得到的就是含能配位聚合物，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)3D含能MOFs復(fù)合物，可能是一個(gè)獲得高能量密度含能材料(HEDM)的新途徑。已有研究者在這方面開(kāi)展了探索，取得了一定的進(jìn)展，如圖7所示[28]。

實(shí)際上，以上3種途徑也可統(tǒng)稱(chēng)為主客體含能材料。除此之外，也可以通過(guò)對(duì)主體骨架組分進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于超分子組裝，采用混合配體級(jí)配策略，將不同特征的配體組裝到骨架中。例如以高配位高氮配體形成的高維網(wǎng)絡(luò)，配合富氧含能配體可提高材料的氧平衡。

3.4.3 基于微納米結(jié)構(gòu)復(fù)合的貯能設(shè)計(jì)

(1)納米尺度復(fù)合材料

基于單質(zhì)炸藥的納米炸藥和納米復(fù)合炸藥研究較多，不再贅述。這里主要介紹納米燃料，其設(shè)計(jì)思想主要是從“尺寸效應(yīng)”來(lái)設(shè)計(jì)傳質(zhì)和傳熱，使傳質(zhì)的輸運(yùn)距離更短，熱傳導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)闊釋?duì)流，提高傳熱效率，從而顯著提高反應(yīng)速率。例如，組分為納米尺寸的超級(jí)鋁熱劑(MIC)，其反應(yīng)速度可加快兩個(gè)數(shù)量級(jí)，國(guó)內(nèi)外主要探索其在火工品中的應(yīng)用[29-32]。

(2)納米多孔硅復(fù)合含能材料

美國(guó)和德國(guó)先后于1992年和2001年報(bào)道了多孔硅/濃硝酸、多孔硅/液氧的爆炸現(xiàn)象[33, 34]。作者研究組與重慶大學(xué)合作于2004年報(bào)道了這方面的研究結(jié)果，證實(shí)納米多孔硅含能材料的可行性[35]。其基本原理是，利用Si密度大、熱焓高的特點(diǎn)，將F，O等致爆元素填充在多孔骨架內(nèi)，構(gòu)造Si基納米復(fù)合結(jié)構(gòu)含能材料。根據(jù)計(jì)算，多孔硅爆炸能量達(dá)28 kJ/g，大約為T(mén)NT的5倍左右。目前實(shí)測(cè)結(jié)果表明多孔硅含能材料的能量只相當(dāng)于2倍多TNT當(dāng)量，但超高的比表面積使其反應(yīng)傳播速率達(dá)到3000 m/s[36, 37]，且便于制作成集成電路芯片(圖8)。多孔硅含能材料在微推裝置、自毀裝置方面具有很好的應(yīng)用前景[38]。

圖8 多孔硅芯片照片[37]Fig.8 Image of the porous silicon chip[37]

(3)多相復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)

多相復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)含能材料的設(shè)計(jì)主要是以分子間作用為基礎(chǔ)，結(jié)合分子自組裝原理，期望構(gòu)建出一些具有復(fù)合微結(jié)構(gòu)的能量?jī)?chǔ)存單元，使含能材料產(chǎn)生全新的性能和應(yīng)用。例如，可以設(shè)計(jì)“三明治”分子片層結(jié)構(gòu)[39]，有序構(gòu)建含能材料的氧化劑原子片層和還原劑原子片層(圖9)，利用硼/鈦等的氧化還原反應(yīng)、鎳/鋁等的合金化反應(yīng)放出熱量。

圖9 分子片層構(gòu)成的“三明治”型含能材料Fig.9 A “sandwich” type of energy material composed of molecularlayers

微納米含能橋起爆芯片是這類(lèi)材料的典型實(shí)例。傳統(tǒng)橋路由單一的電能作用，而含能橋通過(guò)電能-化學(xué)能綜合作用，大幅度提高了爆炸效能。研究表明，在影響含能橋性能的眾多因素中，應(yīng)重點(diǎn)協(xié)調(diào)疊層厚度和預(yù)混層厚度的矛盾[40, 41]。

當(dāng)然，基于上述幾種貯能設(shè)計(jì)的途徑和方法，可以結(jié)合其應(yīng)用方向、使用需求及場(chǎng)景條件等，具體分析進(jìn)行選擇，不能一概而論。

4 結(jié) 語(yǔ)

現(xiàn)有CHNO類(lèi)含能材料由于其體系的局限性遭遇了發(fā)展瓶頸，迫切需要研究和探索新一代高能量密度材料的設(shè)計(jì)理論和方法途徑。需要概念創(chuàng)新及理念上的突破，從含能材料貯能釋能的本質(zhì)出發(fā)，探索新的顛覆性貯能方式和實(shí)現(xiàn)途徑。

未來(lái)高能量密度材料可能具有以下特點(diǎn)：

(2)能量來(lái)源方式：從傳統(tǒng)的分子化學(xué)能向結(jié)構(gòu)鍵能轉(zhuǎn)變，如能級(jí)儲(chǔ)能、相變儲(chǔ)能和多重結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能等方式。

(3)制備方式：從傳統(tǒng)化學(xué)合成方式向凝聚態(tài)物理極端條件方式發(fā)展，如高壓、高溫、高輻射等多種方式，創(chuàng)造新型高能材料。

(4)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定策略：從單一分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定向多重鍵作用和多尺度穩(wěn)定方式發(fā)展。

瑞典國(guó)防研究院曾預(yù)言：“當(dāng)含能材料(炸藥) 的能量突破現(xiàn)有彈藥用的3～5倍時(shí)，戰(zhàn)爭(zhēng)將發(fā)生革命性的變化，現(xiàn)有戰(zhàn)爭(zhēng)和軍事理論發(fā)生顛覆，一切軍事目標(biāo)將變得十分脆弱?！逼诖碌母吣芰棵芏炔牧显缛諏?shí)現(xiàn)！

致謝：本文學(xué)習(xí)了董海山院士當(dāng)年的報(bào)告。感謝中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所李金山研究員、張朝陽(yáng)研究員、蔡華強(qiáng)博士、劉渝博士、蔣小華研究員、黃明研究員等對(duì)本文相關(guān)部分提供數(shù)據(jù)和計(jì)算等。