5-9、高通量分子设计加速钝感高能分子的合成

张朝阳，张庆华

中国工程物理研究院 化工材料研究所 含能材料基因科学研究中心

摘要：含能材料是指能通过自身氧化还原反应，瞬间产生大量气体和热的物质，是保证国民经济发展和国防安全的重要材料，其中，钝感高能材料是含能材料的重要发展方向之一。由于含能材料本身的风险性高、实验检测上的困难大和成本高的特点，事先的材料设计显得尤为重要。基于材料基因工程的基本理念研发含能材料有望大幅度提升其研究效率且大幅度降低成本。但是，实际应用的含能材料具有成分复杂、多尺度结构明显的问题，实验数据量少、缺乏系统性且存在较大的不一致性，这导致我们无法建立有效的构效关系。具体来说，含能材料设计存在如下困难：（1）分子构造方面，尚缺乏高通量的EM筛选程序。基于分子结构的性能准确方面，密度预测还有较大难度；爆轰性能预测也存在巨大的困难，特别是新型EM，如含能离子盐和MOF，CHON外的其它组成的EM的爆轰性能预报还很不准确；没有普适的准确预估感度的公式。（2）可用于EM设计的有效的构效关系极少（主要是数据库的贫乏）。（3）可用的混合炸药设计程序缺乏普适性。（4）缺乏系统的含能分子合成反应机理研究，使得设计与合成制备相互脱节。针对上述问题，我们先期考虑含能材料的本征结构——分子与晶体。建立了含能分子高通量计算与筛选平台，具有产生分子和分子结构与性能预估的功能、分子与晶体的结构性能数据库以及组成-结构-性能构效关系模型，通过组成、分子/晶体结构与能量和安全性等性能关联，确定有合成潜质的钝感高能分子。含能分子高通量计算与筛选平台的建立，大大提高了钝感高能分子筛选效率。基于此，我们设计了若干钝感高能分子（能量高于HMX，感度低于TNT）并成功合成得到新型钝感高能分子ICM-102，其结构与性能通预测一致。这表明高通量分子设计可加速制备新型含能材料，EMGI是今后开展EM研究的重要理念和思路。

关键词：高通量分子设计，含能材料，钝感高能分子

通讯作者：张朝阳，电话：，Email: chaoyangzhang@caep.cn

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.509