還記得科幻作品里面威力堪比核武器而沒有核污染的“N2爆彈”嗎?中國(guó)造出來了。南京理工大學(xué)化工學(xué)院胡炳成教授團(tuán)隊(duì)近日成功合成世界首個(gè)全氮陰離子鹽，占領(lǐng)新一代超高能含能材料研究國(guó)際制高點(diǎn)。相關(guān)研究論文27日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)》上，這也是我國(guó)在《科學(xué)》上發(fā)表的含能材料領(lǐng)域第一篇研究論文。
“N2炸彈”的威力據(jù)南理工網(wǎng)站報(bào)道，此次合成的化合物含有全氮陰離子(N5-)。據(jù)相關(guān)論文，全氮類超高含能材料(炸藥)的能量可達(dá)3倍TNT以上，具備高密度、高能量、爆轟產(chǎn)物清潔無污染(爆炸產(chǎn)物為氮?dú)?，無污染)、穩(wěn)定安全等特點(diǎn)。全氮類物質(zhì)的相關(guān)研究將直接推動(dòng)超高含能材料的快速進(jìn)步，相關(guān)材料的研制成功有望在炸藥、發(fā)射藥和推進(jìn)劑領(lǐng)域產(chǎn)生驚人的發(fā)展。
某科幻動(dòng)漫中的N2炸彈爆炸畫面
據(jù)報(bào)道，在世界范圍內(nèi)，獲取全氮陰離子都是一個(gè)難題，自1772年從大氣中分離出來N2以后，直到1890年，才發(fā)現(xiàn)第一種全氮離子N3-，此后相關(guān)研究止步不前?？蒲泄ぷ髡邔?duì)從N3到N13的各種全氮衍生物進(jìn)行了大量的理論預(yù)測(cè)，但真正制取成功相關(guān)化合物的成果少之又少。用于制備全氮離子的前驅(qū)體芳基五唑直到1956年才首次被合成;1999年，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室才首次合成呈線狀N5+陽(yáng)離子，當(dāng)時(shí)的研究目的是制造取代有毒的肼類火箭燃料的新型火箭燃料。
中國(guó)科學(xué)家在新春之際向全國(guó)人民獻(xiàn)上下一代大爆竹方案……以下是新華社27日?qǐng)?bào)道內(nèi)容：
新華網(wǎng)南京1月27日電(記者凌軍輝)南京理工大學(xué)化工學(xué)院胡炳成教授團(tuán)隊(duì)近日成功合成世界首個(gè)全氮陰離子鹽，占領(lǐng)新一代超高能含能材料研究國(guó)際制高點(diǎn)。相關(guān)研究論文27日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)》上，這也是我國(guó)在《科學(xué)》上發(fā)表的含能材料領(lǐng)域第一篇研究論文。
胡炳成教授介紹，新型超高能含能材料是國(guó)家核心軍事能力和軍事技術(shù)制高點(diǎn)的重要標(biāo)志。全氮類物質(zhì)具有高密度、超高能量及爆轟產(chǎn)物清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)，成為新一代超高能含能材料的典型代表。目前，該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一是全氮陰離子的合成。由于制備全氮陰離子的前驅(qū)體芳基五唑穩(wěn)定性較差，加上全氮陰離子自身不穩(wěn)定，致使采用常規(guī)方法獲取全氮陰離子非常困難。自1956年芳基五唑被首次合成以來，制備穩(wěn)定存在的全氮陰離子及其鹽的研究一直沒有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。
胡炳成教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年研究，解決了這一困擾國(guó)際含能材料研究領(lǐng)域達(dá)半個(gè)多世紀(jì)的世界性難題，在全氮陰離子的合成中取得了重大突破性進(jìn)展。他們創(chuàng)造性采用間氯過氧苯甲酸和甘氨酸亞鐵分別作為切斷試劑和助劑，通過氧化斷裂的方式首次制備成功室溫下穩(wěn)定全氮陰離子鹽。熱分析結(jié)果顯示這種鹽分解溫度高達(dá)116.8℃，具有非常好的熱穩(wěn)定性。
全氮陰離子鹽的成功制備，是全氮類物質(zhì)研究領(lǐng)域的一個(gè)歷史性突破，為全氮陰離子高能化合物的制備奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對(duì)于全氮類物質(zhì)的合成應(yīng)用以及全氮含能材料的發(fā)展具有重要的科學(xué)意義。
高性能含能材料不僅可以用來制造大爆竹，也是下一代大“竄天猴”——運(yùn)載火箭的關(guān)鍵技術(shù)，新型材料將可大幅度提升火箭的比沖，有望大幅度提高運(yùn)載火箭性能。
