基于同轴流聚焦微滴法制备高安全HMX/TATB复合含能颗粒及其性能调控机制研究

为解决高能炸药安全性与能量输出难以协同优化的难题，研究人员采用同轴流聚焦微滴技术制备HMX/TATB复合颗粒，系统研究TATB含量对形貌、热行为及爆轰性能的影响。结果表明：当TATB质量分数达20%时，材料兼具最佳流散性（休止角18.83°）和超高冲击安全性（临界撞击能量提升900%），同时维持8,965 m/s的理论爆速。该研究为高能材料"能-安平衡"设计提供了新范式。

　　

在军事和民用领域，高能含能材料如同"双刃剑"——其强大的能量输出特性往往伴随着令人头疼的安全隐患。以经典高能炸药HMX（1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷）为例，虽然其爆速可达9,100 m/s，但轻微的机械碰撞或静电火花就可能引发意外爆炸。与之形成鲜明对比的是"炸药界安全标兵"TATB（1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯），这种钝感炸药即便被子弹击中也不会爆炸，可惜能量输出仅相当于HMX的60%。如何让这对"矛盾体"优势互补，成为含能材料领域持续数十年的科学难题。

山西省自然科学基金资助项目支持下，研究人员突破传统物理混合和喷雾干燥等方法的局限，创新性地采用同轴流聚焦微滴技术，以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）和乙基纤维素（EC）为粘结剂，成功制备出系列HMX/TATB复合颗粒。这项发表于《Materials Today Chemistry》的研究，首次揭示了TATB含量对复合颗粒形貌演变的调控规律，并建立了"组分-结构-性能"的定量关系。

关键技术包括：1）同轴流聚焦微滴装置制备复合颗粒；2）扫描电镜（SEM）分析形貌演变；3）X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征晶体结构；4）差示扫描量热法（DSC）评估热分解行为；5）临界撞击能量测试评价机械感度。

【材料与形貌调控】
当TATB质量分数从5%增至25%时，颗粒形貌经历"球形→碗状→环状"的转变（图2a-e），这是由液滴粘度降低导致的界面张力变化所致。HT-3样品（20%TATB）展现出18.83°的最小休止角，流散性优于传统物理混合样品41%。

【结构与热安全性】
XRD证实β-HMX晶型在制备过程中保持稳定，FTIR未检测到化学键断裂。DSC显示TATB含量每增加5%，热分解峰温延迟2.3℃，当TATB达30%时分解焓降低至纯HMX的67%，但热稳定性提升300%。

【机械感度与爆轰性能】
冲击感度测试出现惊人发现：含25%TATB的样品临界撞击能量达9 J，是纯HMX的9倍（图4c）。理论计算表明，即使TATB含量升至30%，复合物爆速仍保持8,700 m/s以上，仅比纯HMX降低4.5%。

这项研究开创性地证明：通过精确调控TATB/HMX质量比（20-25%为最佳窗口），可实现"鱼与熊掌兼得"——既保留HMX 90%以上的能量特性，又使安全指标提升近一个数量级。更值得关注的是，同轴流聚焦技术解决了传统微流控芯片易堵塞的缺陷，单次实验即可制备克级样品，为高能复合材料的工业化生产铺平了道路。正如论文通讯作者所指出的，该成果不仅适用于武器装药设计，其"能-安协同"调控策略还可拓展至推进剂、爆破器材等领域，具有广阔的军民应用前景。