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2018 02/27

【氮】中國造出N2爆彈:威力堪比核武器卻沒污染

    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?中國造出來了。南京理工大學化工學院胡炳成教授團隊近日成功合成世界首個全氮陰離子鹽,占領新一代超高能含能材料研究國際制高點。相關研究論文27日發表在國際頂級期刊《科學》上,這也是我國在《科學》上發表的含能材料領域第一篇研究論文。


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    “N2炸彈”的威力據南理工網站報道,此次合成的化合物含有全氮陰離子(N5-)。據相關論文,全氮類超高含能材料(炸藥)的能量可達3倍TNT以上,具備高密度、高能量、爆轟產物清潔無污染(爆炸產物為氮氣,無污染)、穩定安全等特點。全氮類物質的相關研究將直接推動超高含能材料的快速進步,相關材料的研制成功有望在炸藥、發射藥和推進劑領域產生驚人的發展。


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某科幻動漫中的N2炸彈爆炸畫面


    據報道,在世界范圍內,獲取全氮陰離子都是一個難題,自1772年從大氣中分離出來N2以后,直到1890年,才發現第一種全氮離子N3-,此后相關研究止步不前??蒲泄ぷ髡邔腘3到N13的各種全氮衍生物進行了大量的理論預測,但真正制取成功相關化合物的成果少之又少。用于制備全氮離子的前驅體芳基五唑直到1956年才首次被合成;1999年,美國空軍研究實驗室才首次合成呈線狀N5+陽離子,當時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。


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    南京理工大學胡丙成教授團隊這次成功合成出全氮陰離子鹽是這一領域的突破性成果。理論上,全氮類物質的能量水平可達10^4~10^5焦耳/克級別,這相當于TNT炸藥的10~100倍,不僅可用于制造更大威力,的炸藥、發射藥、推進劑,也有望用于制造不需核裂變起爆的“干凈”氫彈,這幾乎就是我們前面剛剛提到的幻想中的“N2爆彈”(EVA里面對N2的解釋是Nonenuclear的縮寫,但有意思的是,現實中全氮類物質爆炸的產物就是N2——氮氣)了。


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    中國科學家在新春之際向全國人民獻上下一代大爆竹方案……以下是新華社27日報道內容:

 

    新華網南京1月27日電(記者凌軍輝)南京理工大學化工學院胡炳成教授團隊近日成功合成世界首個全氮陰離子鹽,占領新一代超高能含能材料研究國際制高點。相關研究論文27日發表在國際頂級期刊《科學》上,這也是我國在《科學》上發表的含能材料領域第一篇研究論文。


    胡炳成教授介紹,新型超高能含能材料是國家核心軍事能力和軍事技術制高點的重要標志。全氮類物質具有高密度、超高能量及爆轟產物清潔無污染等優點,成為新一代超高能含能材料的典型代表。目前,該領域的研究熱點之一是全氮陰離子的合成。由于制備全氮陰離子的前驅體芳基五唑穩定性較差,加上全氮陰離子自身不穩定,致使采用常規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,制備穩定存在的全氮陰離子及其鹽的研究一直沒有取得實質性進展。


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    胡炳成教授團隊經過多年研究,解決了這一困擾國際含能材料研究領域達半個多世紀的世界性難題,在全氮陰離子的合成中取得了重大突破性進展。他們創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定全氮陰離子鹽。熱分析結果顯示這種鹽分解溫度高達116.8℃,具有非常好的熱穩定性。

全氮陰離子鹽的成功制備,是全氮類物質研究領域的一個歷史性突破,為全氮陰離子高能化合物的制備奠定了堅實基礎,對于全氮類物質的合成應用以及全氮含能材料的發展具有重要的科學意義。


    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”——運載火箭的關鍵技術,新型材料將可大幅度提升火箭的比沖,有望大幅度提高運載火箭性能。

 

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