申请A基金高能量密度化合物研发及和合成优化资金

个人简介:
KC ID: Power_Vain
姓名:李承举,男,1997年生,籍贯中华人民共和国辽宁省,目前就读于沈阳理工大学化学工程与工艺专业(大二),专业方向为新型含能材料。在2013年时初步接触到了含能材料的相关知识并着手进行实验(瞎搞),时任化学中二吧管理(百度ID:硝酸精,目前为常不在线状态)于2014年,开始接受KC版主QQQQQQQ的指导,并逐步转型新型含能材料理论及实验制备,并于2014年年底自主开发出了硝基四唑铜铵的绿色制备(改进流散性中,相关工艺暂保密)。在理想和爱好的驱使下,2016年报考了军工七子中的沈阳理工大学,并于2017年正式着手含能材料相关的研发项目(职务为负责人、方案制定者及主要实验员)

相关背景:因多年“沉迷”含能材料的制备及爆轰实验,有着较为丰富的实验经验,崇尚客观事实,对含能材料有着较为独到的见解,之前在任化学中二吧吧务的几年中,基本杜绝了该吧吧友发言的信口开河、以讹传讹,营造了以实验为准的学术氛围,近几年活跃在KC的发言具有相对的专业性,在一定程度上带给了部分KC坛友相关的学术及素养进步

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研究背景:
一:
       含能材料(Energetic Materials)是发展先进武器装备的关键性物质基础,是完成枪炮弹丸发射、或导弹推进的动力能源,是战斗部进行毁伤的威力能源,也是航天运载、空间探测和航空救生所用助推、调姿、分离装置的动力能源。含能材料的性能在很大程度上决定了武器装备的战技水平,是实现“远程打击,高效毁伤”的核心技术。
  含能材料是指在适当的外界能量激发作用下,能发生爆炸反应并对周围介质做功的物质。所谓爆炸反应,是一种速度极快且释放出大量热和气体的反应。含能材料的概念外延很大,几乎包含了所有单体的和混合的含能物质,如单质炸药、混合炸药、推进剂、发射药、含能化合物等。能量密度优于普通含能材料的又称为高能量密度材料(HEDMs),具体的说,能量密度高于HMX(1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷)的炸药,性能优于AP/Al/HTPB的固体火箭推进剂及性能优于JA2(NG/NC)的发射药都是HEDMs。
       高技术和新型武器系统的发展对含能材料(Energetic Materials)提出了新的要求,推动了含能材料向更高层次发展。高能量密度材料(High Energy Density Materials,HEDM),正是为这一需求而出现的新概念。因它们普遍地具有高能量、高密度、较高的热稳定性和较低的感度,又被称为新一代炸药或新世纪炸药。众所周知,实际使用的HEDM一般是由高能量密度化合物(High Energy Density Compound,HEDC)与氧化剂及其它添加剂所构成的复合体系。因此,要在研制HEDM上求得突破,关键是首先进行分子设计、合成出新兴品种的HEDC;其次是根据国防和国民经济对能源材料的需求进行配方设计、通过试验研制出实用的HEDM。为此,寻求HEDC和HEDM成为全世界能源和材料科学家密切关注的焦点和热点。

二:
    起爆药是一种具有特殊性质的含能材料,其大量用于各种起爆装置和爆炸装置的始发装药装填。它作为爆炸装置的动力心脏,控制着火工品的可靠性能及各种作用效果,故其安全性、可靠性与效能备受关注。
    长期以来,起爆药作为一门独立学科没有取得突破性进展。随着对武器弹药用火工品安全性的要求越来越高,现役大量使用的LA(叠氮化铅)、LTNR(2,4,6-三硝基间苯二酚铅)在性能上的缺陷也越来越明显。LA的针刺、火焰感度差,不与金属铜相容,LTNR对静电过分敏感(静电放电发火能量仅为0.0001J)。这些常常导致火工品及药剂勤务处理和使用中发生重大事故,也阻碍了先进火工品的发展。
    从环保角度分析,火工品面临没有环保型起爆药可选的局面。统计现已生产定性的二十余种单质起爆药中,只有二硝基重氮酚(DDNP),四氮烯不含金属成分。其他起爆药均含汞、铅、钴、镉、镍等有毒重金属成分。而上述起爆药,由于各种性能缺陷(光稳定性差、能量不足、过度敏感等)仅相当有限的应用于民爆用雷管及子弹底火中。
随着现代战争环境的恶劣和火工品新起爆技术的发展,现役起爆药难以满足先进火工品技术的指标要求。特别是精确打击与速射武器弹药引信火工品、耐高过载火工品、激光、半导体桥、冲击片火工品几乎没有适用性的含能材料可选。高安全性、高可靠性、高精度系列爆破器材成为必然的发展趋势。因此,急需制备出集安全、感度适宜与高能输出、环保为一体的新一代起爆药品种。
   5-硝基四唑是极为重要的一种新型含能中间体。四唑结构形成了芳香性环,5位碳原子上的氢被强吸电子基团硝基(-NO2)取代增强了酸性,利于1位氮上的氢能被各种基团取代或与金属离子结合,形成各种四唑类及其金属盐衍生物。根据阳离子电位越高,成盐时生成焓越高,就越具有起爆药的爆炸性能规律,选择适当的金属阳离子,可以设计不同感度和性能的起爆药。虽然5-硝基四唑系列起爆药有着优秀的性能,但基于现有工艺存在安全性地低、复杂、成本高、“三废”生成量等问题,使得5-硝基四唑起爆药无法工业化生产,从而影响了此种起爆药的大规模应用。

三:
    绿色化学又称环境无害化学(Environmentally benign chemistry)、环境友好化学(Environmentally friendly chemistry)、清洁化学(Clean chemistry),即减少或消除危险物质的使用和产生的化学品和过程的设计。绿色化学涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。绿色化学倡导用化学的技术和方法减少或停止那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用与产生。
而One-pot reaction一锅法合成,是一种非常具有前景的有机合成方法.一锅法反应中的多步反应可以从相对简单易得的原料出发,不经中间体的分离,直接获得结构复杂的分子。这样的反应对经济上和环境友好上非常有利。
含能材料制造过程是精细化工单元反应的集合,其传统合成工艺会产生大量的“三废”,随着社会的进步、环境意识的不断提高和环保法规的日益严格,必须从根本上解决含能化合物合成过程中的污染问题。因此,其工艺技术正在大幅向绿色化发展。这是当前含能材料研究领域的重要课题,也是节能减排、零排放、低污染大方向的要求。其废酸及废水处理的研究工作也正在广泛而深入地展开,特别是生物化工技术的应用,为其绿色化工艺奠定了基础。
   3,5-二取代-1,2,4-三唑类化合物是一种重要的含能材料及中间体,其传统合成方法会产生大量的“三废”,其中以钠盐为主的易溶无机盐杂质对于产品后处理影响很大,且提纯产物过程中使用大量甲醇溶剂,大大增加了反应容器的体积,这些缺点不仅不符合化学发展趋势,更大大限制了其相关衍生物的推广与应用。

四:
    固体推进剂是火箭和导弹发动机的动力源,固体推进剂的性能直接影响导弹武器的作战效能和生存能力,高能固体推进剂是高性能导弹武器系统研制技术的基础。
固体推进剂技术的发展始终以高能量为主线,所有有利于提高推进剂能量的技术途径的成功应用,都可以推动固体推进剂技术的进步。要提高推进剂的比冲,就要求推进剂的原材料生成焓高、燃气产物平均分子量低或燃烧时释放的热量大。
国外近年来对新型高能固体推进剂的研究主要集中在含能粘合剂/高能氧化剂/Al体系。在NEPE推进剂的基础上,为了进一步提高能量,替代AP、HMX的候选氧化剂或含能添加剂主要有ADN、HNF、TNAZ、CL-20、HANF(硝仿羟胺)、HADN(二硝基胺羟胺)和HNFX(3,3,7,7-四(二氟胺基-1,5-二硝基-1,5-二氮杂环辛烷)等,其中ADN、HNF、CL-20推进剂研究已取得实质性进展;从生成焓、力学性能和工艺性能等方面考虑,用硝酸酯增塑的叠氮类粘合剂、氟氮粘合剂和氟氧粘合剂等取代常见的 HTPB和PEG(或PET)/硝酸酯粘合剂,可使推进剂的能量性能得到显著提高,目前叠氮粘合剂已经成功合成,并已突破应用中的难题。若将上述氧化剂、含能粘合剂组合可得到能量水平很高的新一代高能固体推进剂,推进剂的理论比冲可达2800N·S·kg (280S)以上。
国内在NEPE高能推进剂技术取得突破之后,不断完善其性能,扩大其应用范围;在高能量密度材料探索方面,较广泛地开展了高能量密度材料目标化合物设计、理论计算与合成研究。20世纪80年代合成出系列叠氮粘合剂(GAP、BAMO、BAMO/THF等)和增塑剂,90年代合成出了CL-20、ADN和KDN、DNTF等具有代表性的高能量密度化合物。
富氮化合物主要指氮含量达到20%以上的氮杂环化合物,主要包括含能五元杂环(三唑、四唑、呋咱)和六元氮杂环(三嗪、四嗪)及其衍生物。其特有的高生成焓不是来源于骨架碳原子的燃烧或者笼型结构张力,而是直接由其本身所有的C-N键、N=N键、N-H键和N-N键给予。目前研究的富氮化合物其密度和生成焓均比HMX和CL-20高,有着非常好的推进性能。且由于富氮化合物不含Cl、F等卤素元素和金属成分,其特征信号相对传统高氯酸铵-铝推进剂很低,不易被反导系统识别、追踪,大大提高了飞行武器的生存能力和突防能力。
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项目名称:
1:5-硝基四唑起爆药合成改进(进行中,辽宁省普通高等学校本科大学生创新创业竞赛项目中心备案)

2:新型富氮杂环高能推进剂合成(进行中,辽宁省普通高等学校本科大学生创新创业竞赛项目中心备案)

3:新型偕二取代双环高能量密度化合物的合成(待开展)

4:3,5-取代基-1,2,4-三唑类高氮化合物的绿色合成(待开展)

5:基于5-Nitroblue tetrazolium的含能化合物分子修饰研究(待开展)
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研究意义:
1:目前已发现合成的5-硝基四唑起爆药大多具有优于现有起爆药的性质和良好的性能;因此,以项目探究的“一锅法”新合成路线为基础,综合探究不同5-硝基四唑新型含能配合物的改进合成路线以及产物性能,进一步深入开展5-硝基四唑新型配合物起爆药的工业化研究,筛选出一种或多种集安全、感度适宜与高能输出、环保为一体的起爆药,做为新型军/民用火工品及适用新型起爆装置的装药,对于我国的国防工业发展以及军事实力的提升具有重要的意义。

2:基于富氮杂环化合物特有的高生成焓、高比冲等特点,本项目通过以不同的富氮杂环母环为基础结构,加以硝基(-NO2)、偶氮基(-N=N-)、叠氮基(-N3)、硝仿基(-C(NO2)3)等不同含能官能团修饰,试图合成一种或多种同时具有高比冲、高稳定性、高相容性、环保以及低特征信号的高能氧化剂、还原剂或弹道改性剂组分,同时对其中具有优秀性能的化合物进行形成机理分析及合成优化,降低合成成本,提高生产效率以适应现有推进剂生产线,为我国重点军事项目的新型火箭、导弹技术提供适合的高能推进剂装药,对于我国的国防工业发展以及军事实力的提升具有重要的意义。

3:基于富氮杂环环具有的高氮高生成焓特性,通过使用高能官能团对其进行基团修饰,自行设计了两种偕二取代基的双环高氮化合物,目标化合物的成功合成将具有重要的学术意义,对于提升我国相关研究领域的研究及军事水平有着重要价值。

4:3,5-二氨基-1,2,4-三氮唑及其高氮衍生物大多具有优秀的爆炸性能,因此,以项目探究的One-pot reaction法合成路线为基础,综合探究不同3,5-二氨基-1,2,4-三氮唑及其高氮衍生物的改进合成路线,进一步深入开展 3,5-二取代-1,2,4-三氮唑的工业化合成研究,筛选出一种集低成本、高产率、绿色环保等优点为一体的合成方案,为其做为新型军用火工品及适用新型起爆装置的装药提供技术支持,对于相关学术及应用研究有着重要意义。


5:5-硝基四唑基是一种集有高能量密度、高生成焓、高反应活性、高相容性的优秀高氮含能官能团,但各国研究者将其作为含能官能团的研究较少,没有将其应用价值最大发挥,本项目所进行的相关研究是该基团研究的全新领域,具有新颖、系统、高学术价值的特点,项目的成功,将代表国内外该基团的相关研究进入新的高度。
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研究内容:
参见项目名称及研究意义
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项目延伸:
因项目中涉及大量新型含能材料及其中间体的制备,故楼主将不定期在kc发布、更新相关制备类的学术帖,作为项目的附加价值,并可利用高校资源,对一些KC坛友提出的理论性问题进行实地实验、表征



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申请背景:
1:目前正在进行的两个项目因所获经费额度小(分别2000元人民币),2项目前期投入过大,导致1项目关键中间体5-氨基四氮唑缺少资金购买,暂停于产品流散性改进步骤

2:待开展的三个项目,经目前导师(主攻化学工艺及高分子)及学校特种能源工程与工艺相关讲师、教授审阅后,认为项目的可行性较高,但限于条件,只能由个人筹备

3:由于大学课程将在大三之后变得紧张,故楼主计划在课程较少,并能在课余自由使用学院实验室的大二期间进行上述项目

4:由于大部分项目将会申请专利,而专利申请费用不在A基金的资助范畴,故该类产生的大额费用将由楼主个人承担

【1】自2017年三月开始,个人生活费每月2500元人民币,除日常消费,每月将约500-800元及项目1中约600元资金用于的试剂及相关实验器材购买



综上所述,因项目经费缺口巨大,故申请满额度为10000元人民币的A基金作为个人筹备的经费来源,项目其余资金由个人生活费及信用贷款等方式筹备。
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申请资金数额:一万元人民币

资金使用预算:
试剂及仪器购买:2000【1】
表征费用:3000(化工学院的红外、紫外光谱,一次40元,材料学院的扫描电镜,一次50元以及可能涉及的XRD、DSC、质谱等)
文章发布费用:5000(优选含能材料、火炸药学报)

【1】所使用的试剂仪器购买类资金预算为7000元左右,申请的购买类资金将全部应用,无法确认该处的2000元具体应用在哪些试剂及仪器购买,故在此项楼主列举部分为优选重点购买项:
氯化亚砜(试剂级)
发烟硫酸(试剂级)
二氯甲烷(工业级)
DMF(试剂级)
DMSO(试剂级)
丙二腈(试剂级)
盐酸羟胺(工业级)
碳酸胍(医药级)
水合肼(试剂级)
双氰胺(工业级)
氰基乙酰胺(试剂级)
叠氮钠(试剂级)
乙酰丙酮(试剂级)
乙二醛(试剂级)
偶氮二甲酸二异丙酯(试剂级)
三氟化硼-乙醚(试剂级)
二氨基胍盐酸盐(医药级)
【2】在此处,楼主将在相关学术文章投稿时,优先将KC基金列为项目基金支持(目前竞争基金为辽宁省大学生创新创业实验基金)
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个人资料:

联系方式:
手机(站内信)

身份证号:(站内信)
银行卡号:(站内信)
生活照: IMG_20171222_155127.jpg

[修改于 2年3个月前 - 2022/01/04 23:31:35]

来自:自助服务区 / 科创基金
7
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~~空空如也
QQQQQQQ
6年4个月前 修改于 6年4个月前 IP:天津
841731
我只对powervain的实验和学术水平没有任何质疑,最终决定权还是请KC学术委员会讨论决定。
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Madara
6年4个月前 IP:辽宁
841734
学校那边你没找对人,你去找跟七二四有业务往来的老师去,能搭上个军代表说服他的话,你这些都不是事儿。
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HXKRRRR
6年4个月前 IP:北京
841737
支持楼主。我也想要研究含能材料推进剂。新型能材的研究对国家的发展好处大大滴。
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虎哥
6年4个月前 修改于 6年4个月前 IP:四川
841744
收到申请材料。关于申请材料,有如下一些问题及解决办法:

1、科创基金不支持“打包申请”。把若干研究目标完全不同的项目放在一起申请是不行的。申请人的项目涉及合成及表征目标产物,优化改进工艺方法,设计、改进、修饰分子等三种不同的研究目标,且研究所针对的化合物也不相同,无法合并申请。请申请人按照一事一议的原则拆分本文,将五个项目分开申请,完成一项研究,再申请下一个。考虑到发表论文需要的时间较长,科创基金A是允许以初步报导研究成果(或失败原因)来结项的。结项以后就可以申请下一期资助。对于某些各个项目都需要用到的原材料、仪器设备等,可以在第一次申请时统筹考虑。

2、申请人提到将科创基金A的资金作为自筹经费的来源,这种说法是很奇怪的。在写给科创基金的申请材料中,科创基金即为资助经费,不属于自筹经费。请申请人核实并正确表示资金用途。

3、申请人提到论文发表时基金项目存在竞争关系,这种说法十分诡异。如果两个或多个基金同时支持一个项目,则发文时理当列举全部基金。如果一个基金的资助已经能够满足研究需要,就不应申报另一个基金,并且不能张冠李戴。请申请人正确理解和表述有关事宜。

4、申请材料中不要出现“无法确认”之类措辞,明示“无法确认”将会导致预算被否决。

本申请案终止,新的申请请另文发表。
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哈哈哈哈哈士奇作者
6年4个月前 IP:辽宁
841746
引用 虎哥:
收到申请材料。关于申请材料,有如下一些问题及解决办法:

1、科创基金不支持“打包申请”。把若干研究目标完全不同的项目放在一起申请是不行的。申请人的项目涉及合成及表征目标产物,优化改进工艺方法,设计、改进、修饰分子等三种不同的研究目标,且研究所针对的化合物也不相同,无法合并申请。请申请人按照一事一议的原则拆分本文,将五个项目分开申请,完成一项研究,再申请下一个。考虑到发表论文需要的时间较长,科创基金A是允许以初步报导研究成果(或失败原因)来结项的。结项以后就可以申请下一期资助。对于某些各个项目都需要用到的原材料、仪器设备等,可以在第一次申请时统筹考虑。

2、申请人提到将科创基金A的资金作为自筹经费的来源,这种说法是很奇怪的。在写给科创基金的申请材料中,科创基金即为资助经费,不属于自筹经费。请申请人核实并正确表示资金用途。

3、申请人提到论文发表时基金项目存在竞争关系,这种说法十分诡异。如果两个或多个基金同时支持一个项目,则发文时理当列举全部基金。如果一个基金的资助已经能够满足研究需要,就不应申报另一个基金,并且不能张冠李戴。请申请人正确理解和表述有关事宜。

4、申请材料中不要出现“无法确认”之类措辞,明示“无法确认”将会导致预算被否决。

本申请案终止,新的申请请另文发表。
收到,尽快更改
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口贝
6年4个月前 IP:江苏
841761
这些难道不能申请专利然后进行利益转化吗?
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