[发明专利]TMPD-TXBQ共晶材料在激光点火的应用

说明书

本发明涉及TMPD‑TXBQ共晶材料在激光点火的应用，本发明的TMPD‑TXBQ可以作为光控引爆剂应用于含能材料的激光点火。所述TMPD‑TXBQ共晶材料包括电子供体TMPD和电子受体，所述电子受体可以为TFBQ、TCBQ、TBBQ中的一种或几种的混合物。可以为TMPD‑TFBQ、TMPD‑TCBQ或TMPD‑TBBQ。本发明的TMPD‑TXBQ共晶材料能够被很低功率(0.6W)的近红外激光，以很低的输入能量(40mJ)所引发，迅速释放大量热量，可提供318.9℃的高温；从而可以显著降低对激光的要求，有利于降低触发系统的成本及其小型化；可以非常灵敏地被激光控制，较高的临界温度保证其安全性。同时可遥控控制本发明的TMPD‑TXBQ共晶材料放热，被包装材料包裹后，仍可被外部照射的激光引发放热。

技术领域

本发明涉及共晶材料领域，尤其涉及TMPD-TXBQ共晶材料在激光点火的应用。

背景技术

光控释热的材料在环境、化工、能源、医药以及采矿等领域中都有重要的应用价值。光控释热材料的一个典型应用领域为含能材料的激光点火(含能材料,2000,8,141-143)，即当点火材料或含能材料本身吸收激光能量到一定程度后，材料发生分解放热并与外部激光供给的能量共同作用使反应进一步加剧，提供高温。最终使整个体系的温度升高，直至发生燃烧或爆炸(爆炸与冲击,1978,1,53-65)。相比于传统的电点火技术，激光点火作为一种稳定、可遥控、非破坏性并且具有较高时空分辨率的外部控制手段，在安全性和可靠性方面具有明显的优势，具有更加优良的应用前景(激光杂志,2013,34,11-13)。

目前，已有一系列可被激光引发，可应用于激光点火的材料被报道。主要包括金属配位化合物，如Fe(II)-四嗪配合物(J.Am.Chem.Soc.,2016,138,4685-4692)，以及纳米金属颗粒，如有机染料包裹的铝以及铜纳米颗粒(J.Ind.Eng.Chem.,2020,82,50–56.)，铝-镁合金纳米颗粒(Propellants Explos.Pyrotech.2020,45,1745–1754.)等。一些复合材料也有所报道，如硝酸钾/碳纳米管复合材料(火工品,2020,(1),29-33)或纳米金属掺杂的表面多孔太安炸药等(专利申请号为201810073978.9)。包裹硝酸钾的核壳结构碳纳米管或者是掺杂在太安炸药中的纳米金属可以高效吸收红外光而进行光热转化，为含能材料的燃烧或爆炸提供高温，并可将含能材料的近红外激光起爆能量显著降低。

目前，光控释热的材料还存在如下不足之处：(1)不能有效地利用能量相对较低的近红外光，如有机染料包裹的铝以及铜纳米颗粒需要在5.7W cm^-2的445nm蓝光照射下放热；(2)对激光器的要求较高，触发系统成本较高且不易小型化。如Fe(II)-四嗪配合物以及纳米金属掺杂的表面多孔太安炸药需要较为昂贵的脉冲激光器提供高功率的脉冲激光引发。若使用较为廉价的近红外连续激光器，则需要较高的激光功率。如核壳结构碳纳米管需要使用最大输出功率为8W的连续激光所引发。而铝-镁合金纳米颗粒需要在500W cm^-2的能量密度下引发，所用激光器功率为1W。(4)制备过程较为复杂，制备能耗大，成本高。因此，还需要发展新的、性能优异、制备简单的光控释热材料。

有机共晶材料是由两种或两种以上的有机组分通过非共价键作用力定向排列构成的晶体相材料。有机共晶材料具有制备工艺简单、廉价、周期短等优点，并且所构建的共晶具有小分子单体所不具有或难以具有的非线性光学、光电性、光致形变以及光热转化等新颖的性质(Adv.Mater.,2019,31,1902328)。目前形成有机共晶虽已经成为一种构建功能材料的热点手段，但是还未见具有类似光控释热性质的有机共晶被报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够被低功率、低能量的近红外激光控制引发，迅速释放出大量热量的TMPD-TXBQ共晶材料在激光点火方面的应用。本发明的TMPD-TXBQ共晶材料的释热可以被市售廉价的小型近红外连续激光器引发，显著降低对激光的要求，有效降低成本且有利于整个系统的小型化。