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中物院含能分子创制团队为新型炸药冠上“中国

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中物院含能分子创制团队为新型炸药冠上“中国

2017年,一个公开代号为ICM-101的新型高能炸药问世,这是在炸药发明后的200多年里,屈指可数的由中国人自己命名的单质炸药之一。

日前,我校化工学院程广斌教授、杨红伟副教授科研团队在含能材料分子创制上取得新进展。相关的研究成果发表在化学国际顶级杂志Angew. Chem. In. Ed.上,题目为《C8N26H4:An Environmentally Friendly Primary Explosive with High Heat of Formation》(DOI: 10.1002/anie.201711220R1 and 10.1002/ange.201711220R1,影响因子11.994)。2015级硕士研究生陈丹为论文第一作者。这是该科研团队于2017年4月发表迄今为止感度最低的二硝氨基类氮杂环含能化合物(Angew. Chem. Int. Ed., 2017,56,5877-5881.)相关论文仅半年后,取得的又一新的突破。

2018年,公开代号为ICM-102的新型钝感高能炸药又研制成功,被公认是材料基因组计划在含能材料领域的首个成功范例。

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两项成果先后在《自然-通讯》上发表,受到了国际含能材料界的高度关注,为世界火炸药舞台上增添了一抹别样的中国颜色,同时也极大鼓舞了正在炸药自主创新道路上砥砺前行的中国同行们,因为中国火炸药研发跨过自主创新这道坎儿,在世界范围内征得一席之地,实在太艰难。

广西快乐十分开奖结果,化合物Pb2是目前应用最广泛的起爆药,但因含铅,对环境尤其是试验场区周围的土壤和水质造成严重的污染。该团队以二肼基-四嗪类化合物为原料,将叠氮基和1,2,4-三嗪环高能基团引入含能骨架,构建了一系列高生成焓三嗪-四嗪环体系含能化合物。其中3,6-双(2-(4,6-二叠氮基-1,3,5-三嗪-2-偶氮基)-1,2,4,5-四嗪的生成焓高达2819.9kJ·mol-1,是迄今为止报道的生成焓最高的氮杂环含能化合物。而3,6-双(2-(4,6-二叠氮基-1,3,5-三嗪-2-肼基)-1,2,4,5-四嗪能成功引爆传统炸药RDX,其起爆性能与传统起爆药Pb2相当。由于其优异的起爆性能和无金属特性,该化合物有望成为替代叠氮化铅的无金属绿色起爆药。该工作得到了朱顺官-张琳科研团队在起爆测试方面的大力帮助。

但,道虽迩,行者至。中物院化材所张庆华研究员及带领的含能分子创制团队,就是凭着一份不服气的锐气和国防科技工作的使命,在新型单质炸药研发的自主创新之路上不断发出中国声音。

程广斌-杨红伟科研团队致力于氮杂环含能化合物的设计、合成与构效关系研究,已形成一支以中、青年为骨干的高水平创新型研究团队。已承担了国家安全重大基础研究、国防基础科研核基础科学挑战计划、国家自然科学基金面上项目、江苏省自然科学基金等十余项项目。合作出版专著2部,已在Angew. Chem. In. Ed, J. Mater. Chem. A期刊等发表了60多篇国际高水平学术论文。该团队在2013年首次实现了唑环上N-NH2与胺的重氮偶联反应,利用1,5-二氨基四唑的重氮化偶合反应形成以N-NH-N-NH+-桥联的具有11个氮原子直接相连含能盐,这是目前合成的最长氮链,相关研究成果发表在Angew. Chem. In. Ed. 2013,52,4875-4877上。

雄心与佛系

炸药是武器装备形成毁伤作用的关键材料之一,而单质炸药可谓是这个关键材料的核心。

炸药种类繁多,但从其诞生至今,能广泛应用于武器装备的,仅奥克托今等寥寥几种,单质炸药源头创新缺失,严重地制约了武器装备的性能提升和升级换代。目前能够在配方中得到应用的炸药,其核心技术的创新源头无一不是掌握在美国等军事大国手中。

炸药分子设计难、合成危险性大,工程化应用周期长,很难发高水平论文,业内人士常开玩笑说,“同样跟化工沾边,做炸药的可不如做医药的,一个搞不好要“送命”,而另一个既能治病救命又能赚大钱”,看似调侃的一句话,说出了国内炸药领域研究队伍萎缩背后的现实与辛酸。

但是从小酷爱国防和化学的张庆华,就偏偏钟爱这个充满了刺激和不安全因素的小众学科,立志要做科研,而且要做点名堂出来。

2010年,他从中科院兰州化学物理研究所攻下博士学位后,先后赴法、美等国留学深造。在美留学期间,他师从国际炸药界权威Shreeve教授,开展新一代高能炸药合成研究,期间表现出敏锐的洞察力和卓越的科研能力,受到教授和同事们的高度赞赏。然而,在美国学习先进火炸药技术的同时,他也切身感受到我国在炸药研究领域基础研究底子太薄弱,长期主要以跟踪仿制欧美为主,国际火炸药自主研发舞台上的中国声音实在太过微弱。

怀揣科技报效祖国的赤子情怀,2014年他毅然决定回国。作为“高精尖缺”型海归人才,国内许多高校、研究所都向他抛来橄榄枝。在为数众多的选择中,一个略显生僻的名字——中国工程物理研究院化工材料研究所(中物院化材所)映入眼帘。

中物院化材所,是一个常隐身于公众认知的神秘地方,一贯低调,但它正是我国第一颗原子弹和氢弹用高能炸药的研制单位,事业可谓“惊天动地”。而这样的一个国防单位离国家重大需求最近,不正是一个可以同时圆科研梦和报国梦的好地方吗,他毫不犹豫地做出了人生选择。

彼时,张文全、王毅、刘天林等7个年轻人,分别从中科大、吉林大学、天津大学等国内知名高校相继博士毕业,也先后汇集到位于四川绵阳的中物院化材所来。

绵阳地处我国西南,地理位置偏安一隅,经济欠发达,化材所的待遇也算不上优厚,但这8个有着科技强军“雄心”的年轻人,不约而同地对这些身外浮华,抱着超乎年龄的“佛系”态度。

2014年5月,这群平均年龄不到31岁的同心众志者,组成了中物院化材所第一个创新攻关团队—含能分子创制团队,一个有冲劲,锐气十足的年轻团队诞生了。

相同价值观和科研情怀,凝结成了团队的共同追求——不跟踪仿制而是“自主创新”,立足国防重大需求为科技强军而科研,立志在探索新型炸药自主研发的道路上,发出中国声音,为更多更好的新一代高能炸药冠上中国名。

追梦路上的痴与狂

世间大奥往往删繁就简地蕴含在简单的东西里,单质炸药分子的研发,也常常是CHNO(碳、氢、氮、氧)四种最为常见元素演绎的能量传奇,看似简单至极。但经过元素组合—分子构型—晶体堆积,三层变幻和组合后,创新又变得异常复杂。想要在简单中追求能量极致,又想于繁琐中寻获极简创新,难!

火炸药行业偏冷门,而单质炸药研发更是这个领域里最难啃的硬骨头之一。

可是这群勇敢的小伙子们初生牛犊不怕虎,因为实现我国单质炸药的原始创新,协助我国常规武器在全球军事装备竞赛中迎头赶上并立于不败之地,一直是他们追求的科技强军梦想,让每个人都如痴如狂,想让他们轻易认输,绝不可能。

然而,成功之前的山穷水复,确实曾无数次地伤挫了一颗颗年轻的心。

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