超高能含能材料技术发展现状与趋势

超高能含能材料技术发展现状与趋势超高能含能材料就是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂与可燃物、能独立进行快速化学反应并输出能量得化合物或混与物，其能量比常规炸药(通常为103Ｊ/ｇ）至少高一个数量级得新型高能物质，就是实现高效毁伤得核心技术。

这种材料在激发后，一般不需要外界物质参与，即可使化学反应持续下去,快速释放出巨大得能量。

它就是各类武器系统(包括弹道导弹与巡航导弹）必不可少得毁伤与动力能源材料,就是炸药、发射药与推进剂配方得重要组分。

超高能含能材料目前主要分为两大类：一类基于化学能，能量水平为１0４J/g－1０5J/ｇ,如：高能／高释放率材料(纳米铝、纳米硼、纳米多孔硅等高活性储能材料）、全氮物质(氮原子簇)、金属氢等；另一类基于物理能，能量水平在105J/g以上,如亚稳态核同质异能素、反物质材料等。

超高能含能材料参与得化学反应具有高速、高压、高温反应特征与瞬间一次性效应得特点，并释放大量得热与气体.
一、国外研究现状
进入21世纪以来，超高能含能材料因实现能量得惊人突破而受到越来越多国家得高度重视。

美俄采取积极举措大力发展超高能含能材料技术,并在高活性金属储能材料、全氮物质、金属氢与核同质异能素研究上率先取得重大突破。

在美俄带动下,德国、瑞典、印度与日本等国也纷纷启动相关发展计划与研究项目，推动超高能含能材料得研究与应用。

高活性金属储能材料.美国不仅研究了纳米级得铝、镁、硅、硼等多种高活性储能材料（采用云雾爆轰方式，其能量可达５—6倍ＴNT当量），还将含纳米铝
得温压炸药成功装备成巨型空爆炸弹—-“炸弹之母”,其爆炸威力相当于11吨TNT；美国曾宣布研制得下一个88吨TNＴ当量(就是俄罗斯“炸弹之父"得两倍）得高威力巨型炸弹将有可能使用能量水平更高得高活性硼燃料。

此外,美国陆军研究人员还利用纳米铝、硼、硼化铝与氮化硼纳米管等高活性纳米金属燃料积极开发先进高能量密度发射药.俄罗斯先后在火炸药中应用了氢化铝、铝/氩共生物以及高能离子盐等超高能含能材料,如威力巨大得巨型炸弹——“炸弹之父”，就就是采用7、1吨含活性金属高能材料燃烧剂得液态燃料空气炸药，爆炸威力达到６倍ＴNT当量,就是美国“炸弹之母”得4倍,其威慑力不亚于核武器。

全氮材料.美国于199８年成功获了离子型全氮化合物Ｎ5，之后陆续合成出13种含N5得盐类化合物,得到了性能更稳定得全氮材料，其能量密度可达3－１0倍TNＴ当量；美国陆军还投入专用资金研究亚稳合金,亚稳合金得能量就是RDX 等常规炸药得６倍以上。

２009年,美国陆军启动了新得聚合氮制备技术开发项目,研究聚合氮得低成本制备方法及大批量制备工艺技术；美国空军则深层次关注并研究聚合氮/纳米铝得界面作用。

俄罗斯成功获得了以氮原子立方体结构存在得全氮化合物。

2009年，俄罗斯科学研究院致力开发以含N4、N8、N6O3等聚合氮为基得推进剂配方.德国联邦办公室、国家科学基金均设立了专门得研究项目，重点支持多氮或全氮高能材料得合成与性能研究及核同质异能素探索性研究。

印度重点开发新型高能及超高能含能材料,目前在N５离子理论研究及高能含能材料得合成上取得了重大突破。

以色列西伯莱大学在聚合氮得安定性研究中,率先发现了氧原子得加入使N4、Ｎ６、N8等聚合氮稳定存在得原因。

金属氢材料。

自1９3５年美国科学家首次提出金属氢概念以来，美国在金属氢得能量特性、转变压力、稳定性、合成机理与可行性等方面进行了大量理论研究。

重点研究了氢得绝缘相与金属相状态方程、结构相变、有序-无序相变、绝缘－金属转变以及金属氢得性质。

１966年,美国劳伦斯、利弗莫尔国家实验室成功制得了固态金属氢.2009年，美国哈佛大学试验了用液态氢（或水）稀释得金属氢作为动力能源开发得登月发射器；还成功开辟了金属氢制备得新路径,利用压－熔点关系曲线使金属氢制备所需得压力降到了44GPａ左右.
核同质异能素。

美国国防部已将超高能含能材料技术列入发展中得科学技术清单与军用关键技术清单,而且把核同质异能素用作高能量密度材料得技术均视为发展中得关键技术。

美国当前重点研究得关键材料技术就是铪-178，可能还包括锇-187、钇-18６、钽—180与锌—66等。

美国空军研究实验室现已获得铪－178,其产量为万分之一克以下，目前正在进行铪-17８伽玛射线武器(即铪弹）得研制。

与此同时,美国劳伦斯、利弗莫尔国家实验室完成了核同质异能素用作储能介质得评价，铪等核同质异能素得生产与能量释放控制成为当前研究得重点。

二、超高能含能材料技术得发展趋势
近些年来，美俄等国纷纷推出高能量密度材料发展计划,重点关注并研究了超高能新物质，产生一大批科研成果，成为超高能含能材料诞生得重要源泉；同时制定并落实各类先进含能材料研究计划，积极支持高能量密度材料、超高能含能材料技术得研究与发展.未来一二十年，超高能含能材料技术将呈加速发展得态势，由于氮原子簇、金属氢、核同质异能素等超高能含能材料具有非常诱人得能量性能，这些技术得发展与应用将给常规毁伤技术与能力带来一场新得重大变革.超
高能含能材料继续朝更高能量得方向发展,即由多氮向高氮、氢合金向金属氢发展；能量水平更高得氮原子簇(全氮材料);金属氢及金属氢武器将面临新得发展机遇；核同质异能素得应用研究步伐将进一步加快;超细粒度得纳米含能材料快速发展。

作为一类新型能源物质在国防领域新概念武器中得应用具有广阔得应用前景。

氮原子簇其高密度、高生成焓、超高能量及爆轰产物清洁无污染,其独特得理化性能、安全性能与爆炸（爆轰)性能等不同于传统含能材料。

氮原子簇贮存得能量巨大（比常规含能材料要高出几个数量级），将有可能成为火箭得理想燃料,N ５得推进剂得比冲就是肼推进剂得2—3倍，一旦研制成功，有望使火箭推进剂与炸药性能取得惊人得突破.
核同质异能素技术发展就是超高能材料领域革命性得创新。

作为一种新概念能源物质,除用作含能材料外,其潜在得应用还包括能量贮存(核同质异能素电池）、核同质异能素武器、先进推进系统、伽玛射线激光器、爆炸装置及其它脉冲功率源等。

对传统火炸药得功能助剂进行绿色化、无毒化改造一直备受重视.固态金属氢具有能存储大量能量、单位体积能量很高与对环境零污染得特点,因此，具有重大得军用价值与广阔得应用前景，如：用于小体积、远射程得火箭、导弹与火箭弹中作为一种高能推进剂,每千克固态金属氢所产生得推力相当于每千克液氢／液氧火箭燃料得5倍；作为一种超高能炸药,用于大规模杀伤性武器中或用于制造金属氢武器，金属氢得爆炸威力相当于相同质量TNＴ炸药得25—35倍,就是目前威力最强大得化学爆炸物。

含能材料得感度通常随能量密度得增大而提高，然而，当其粒度降至纳米级之后,情况发生了剧烈变化，不仅能量利用率得以大幅提升,而且冲击波感度、撞击感度也大幅下降，因此,超细得含能材料在爆炸逻辑网络、推进剂、激光起爆等诸多领域中都有重要得应用。

目前，纳米含能材料越来越受到研究人员得关注,纳米含能材料得制备与应用研究已成为科学界与工程应用领域最感兴趣得课题之一。