[发明专利]多孔芳香骨架EPAF-1材料和CL-20@EPAF-1复合含能材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种多孔芳香骨架EPAF‑1材料和CL‑20@EPAF‑1复合含能材料及制备方法，以低成本的含能单体三聚氯氰和DABT为原料，合成得到以富氮杂环作为骨架的含能多孔芳香骨架EPAF‑1材料，随后与高能单质炸药CL‑20结合，获得高能量与低感度兼备的CL‑20@EPAF‑1含能复合材料，为新型高能低感含能材料的开发提供一个新的研究策略。

技术领域

本发明属于含能材料领域，涉及一种多孔芳香骨架EPAF-1材料和CL-20@EPAF-1复合含能材料及制备方法，旨在发明出具有实际应用前景的新型高能低感含能材料。

背景技术

含能材料(Energetic materials，EMs)技术的发展不仅是一个国家的军事实战能力的体现，更是关系到国家安全、经济建设和科技发展的核心战略之一。在经特定刺激方式激发后，含能材料会迅速地释放大量能量实现对周围物的毁伤，广泛用于武器弹药、航天推进剂、采矿工程、烟火技术等军事和民用领域。然而，高能量物质往往伴随着较差的安全性能，如对冲击、摩擦、静电、热等外界刺激因素敏感，这一矛盾严重限制了含能材料的发展和应用。因此，设计开发新型高能低感含能材料是实现武器系统高效毁伤和高安全的最根本途径，是当前含能材料领域研究的重点和难点。

针对上述问题，研究者们已经付出了很多努力试图使得高能量和低感度在含能材料中能够兼容。大体包括以下几个策略：(1)分子水平的设计，包括官能团(如硝基、氨基等)的引入、多种类氮杂环的合并、盐的形成、分子结构的立体化学效应、氢键策略等；(2)含能材料分子的共晶设计；(3)纳米复合含能材料的制备，主要有单质炸药/氧化剂分散在连续介质中的纳米复合材料、亚稳态分子间复合物、碳纳米管基复合含能材料、纳米多孔硅/氧化剂复合含能材料等体系；(4)新型含能功能材料的开发，包括含能离子液体(Energeticionic liquids，EILs)、含能金属有机骨架(Energetic metal organic framework，MOFs)等。然而，目标含能产物的获得不仅需要前期理论计算模拟数据的支持，复杂的合成步骤、产率和成本的考量、结晶的培养难度、分散的均匀性以及材料的稳定性等方面也在含能材料的设计合成过程中给研究者们的研究工作增加了很大难度。

发明内容

多孔芳香骨架(Porous aromatic frameworks，PAFs)是一类新兴多孔材料，具有多样的高孔隙结构和超高的化学稳定性。此外，芳香基构筑单元的结构种类丰富、化学反应活性良好，通过对结构单元的设计和PAFs骨架的修饰，即可实现对PAFs结构和孔道性质的调控，从而表现出不同的性能应用于多种领域。

本发明设计开发了一种新型含能有机多孔材料，即含能多孔芳香骨架(Energeticporous aromatic frameworks)材料EPAF-1。该材料以富氮杂环作为骨架，具有较高的能量密度和安定性。将该材料与目前能量最高的单质炸药六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW或CL-20)进一步结合形成CL-20@EPAF-1复合含能材料。保证材料高能量的同时，不仅提高了其热稳定性，也大大降低了CL-20的感度，真正实现了高能低感含能材料的研发。目前，有关含能多孔芳香骨架的设计合成及其与CL-20结合形成复合材料的制备方法暂无公开文献资料报道。

本发明提供了一种新型高能低感含能材料的设计开发方案及制备方法。以低成本的含能单体三聚氯氰和5,5’-二氨基-3,3’-联-1,2,4-三唑(DABT)为原料，设计合成出一种新型的含能多孔芳香骨架EPAF-1材料，随后与高能单质炸药CL-20结合，成功获得高能量与低感度兼备的新型CL-20@EPAF-1含能复合材料。本发明不仅解决了CL-20感度高等问题，也为新型高能低感含能材料的合成提供一个新的研究策略。

本发明通过下述技术方案实现：

多孔芳香骨架EPAF-1材料EPAF-1材料，结构如下：

多孔芳香骨架EPAF-1材料的制备方法有两种，分别为：