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为解决 HMX 机械敏感性高、热稳定性差和燃烧速率慢等问题，研究人员合成 HMX/KC-CTS/NTO 复合材料。结果显示该材料提升了 HMX 的热稳定性，降低敏感性，提高能量释放效率。这为高能材料优化提供了新策略。
在军事技术和航天工程领域，1,3,5,7 - 四硝基 - 1,3,5,7 - 四氮杂环辛烷（HMX）作为典型的硝胺炸药，本有着巨大的应用潜力。它能提供可观的比冲和出色的爆轰参数，可就像被上了 “紧箍咒” 一样，存在着诸多限制其发挥的缺点。首先，HMX 对机械刺激过于敏感，轻微的震动、摩擦都可能引发危险；其次，它受热时容易发生相变，这会影响其性能的稳定性；再者，它的燃烧速率较慢，无法充分释放能量。而且，爆轰性能和安全参数之间似乎天生就是 “冤家”，此消彼长，很难同时兼顾。在这样的背景下，如何在不影响 HMX 能量性能的前提下，提高其结构稳定性、降低敏感性，成为了科研人员们竞相攻克的难题。
为了解开这些难题，中国工程物理研究院的研究人员展开了深入研究。他们成功合成了一种新型的基于 HMX 的含能复合材料 ——HMX/KC - CTS/NTO 核壳复合材料。研究发现，这种复合材料显著提升了 HMX 的热稳定性，其 β - δ 相变温度比 HMX 提高了 13.3°C 。在能量释放效率方面也表现出色，整体燃烧速率提高了 23.3%，最大火焰燃烧速率提高了 62.7%，燃烧面积更是增大了 228.9%。同时，材料的敏感性大幅降低，相比 HMX（撞击感度 IS = 6J，摩擦感度 FS = 100N），HMX/KC - CTS/NTO（IS = 15J，FS = 260N）的撞击感度和摩擦感度都明显下降。这一研究成果对于推动高能材料的发展意义重大，为军事和航天领域的材料应用提供了更安全、高效的选择，相关论文发表在《Applied Surface Science》。
研究人员在开展研究时，主要运用了以下关键技术方法：首先是材料的制备技术，通过水 bath 加热和真空蒸馏对 NTO 进行重结晶以得到超细 NTO；然后利用形貌特征和结构分析技术，对原始含能晶体和 HMX/KC - CTS/NTO 复合材料的微观结构和表面形貌进行对比观察。
材料与制备
实验所用的 HMX 和 NTO 由中国工程物理研究院化工材料研究所提供，κ - 卡拉胶（KC，98%，AR）、壳聚糖（CTS，脱乙酰度 95%；230kDa）购自阿拉丁化学试剂有限公司。研究人员将 0.2g 平均粒径 500μm 的 NTO 原料溶解于 12mL 丙酮，通过 60°C 水浴加热和真空蒸馏重结晶，得到粒径约 1μm 的超细 NTO，为后续复合材料的制备做准备。
形貌特征和结构分析
对比原始 NTO 和 HMX 晶体与 HMX/KC - CTS/NTO 复合材料的微观结构和表面形貌发现，原始 NTO 和 HMX 晶体均呈现平面结晶表面，平均粒径约 500μm 。经过细化后的 NTO 粒径约为 1μm。从 HMX/KC - CTS/NTO 复合材料的形貌特征可看出，NTO 在 KC 和 CTS 的作用下，紧密地吸附在 HMX 表面，形成了核壳结构。
性能提升分析
通过研究发现，HMX/KC - CTS/NTO 复合材料使 HMX 的 β - δ 相变温度显著提高 13.3°C，表明其热稳定性得到增强。在燃烧性能方面，该复合材料的整体燃烧速率提升 23.3%，最大火焰燃烧速率提高 62.7%，燃烧面积增大 228.9%，能量释放效率明显提升。同时，由于 HMX 颗粒表面完美致密的超细 NTO 涂层，使得 HMX/KC - CTS/NTO 的撞击感度和摩擦感度相较于 HMX 大幅降低。
形成机制探究
研究人员利用基于密度泛函理论（DFT）的分子动力学计算，揭示了 HMX/KC - CTS/NTO 复合材料的形成机制，从理论层面解释了各成分之间的相互作用以及复合材料性能提升的内在原因。
综合上述研究结果，HMX/KC - CTS/NTO 核壳复合材料通过 KC 和 CTS 的协同作用，在低 NTO 含量（10wt%）下，显著改善了 HMX 的安全性能和燃烧性能。该研究成功实现了对 HMX 机械敏感性、热稳定性和能量释放效率的三元协同优化，为高能材料的设计与制备提供了全新的思路和方法。未来，有望基于此研究进一步拓展含能复合材料的应用领域，推动军事、航天等相关行业的技术进步，提升相关领域的材料性能和安全性。
