Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование закономерностей зависимости важнейших эксплуатационные характеристик полиазотистых гетероциклических соединений от строения для создания новых технологий создания высокоэнергетических материалов.

Номер контракта: 14.613.21.0043

Руководитель: Алдошин Сергей Михайлович

Должность: Директор

Организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
энергоёмкие полиазотистые органические соединения, термохимия, кинетика, термические полиморфные превращения, разложение, чувствительность, кристаллическая структура, плотность

Цель проекта:
Задача проекта - установление основных закономерностей влияния особенностей молекулярной и кристаллической структуры полиазотистых органических соединений на их термическую стабильность и величину стандартной энтальпии образования; создание научных основ прогнозирования химической и фазовой стабильности, химической совместимости, плотности и чувствительности соединений с высокой величиной энтальпии образования на основе экспериментальных исследований кристаллической структуры, физических свойств, кинетики фазовых и химических превращений широкого круга энергоёмких и модельных соединений различных классов. Цель проекта - Выявление взаимосвязи молекулярной структуры полиазотистых органических соединений с их важнейшими эксплуатационными свойствами (фазовой и термической стабильностью, величинами стандартных энтальпий образования) и расширение базы данных для прогнозирования термической стабильности и величин стандартных энтальпий образования этих соединений на стадии молекулярного дизайна

Основные планируемые результаты проекта:
Будут установлены кинетические закономерности термического разложения ряда энергоемких соединений, построена корреляция между геометрическими характеристиками молекул, параметрами колебательных спектров и параметрами, характеризующими термостойкость,
будут установлены энтальпии образования ряда энергоемкий соединений, что позволит существенно повысить точность прогноза энергетических характеристик.
Будет получено несколько новых энергоемкий соединений.
Будет установлено влияние степени совершенства кристаллов и механических напряжений на энергетические характеристики исследуемых классов соединений.
Все разработки будут проведены на самом высоком уровне по сравнению с аналогичными.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Будет найдены пути дальнейшего развития химии энергоемких соединений, т.е. в каких направлениях вести поиск и синтез новых соединений, чтобы они сочетали в себе наряду с высокими энергетическими характеристиками и удовлетворительные характеристики по широкому ряду иных требований. Это должно расширить круг энергоемких соединений, которые могут быть эффективно использованы в различных отраслях (ракетные топлива, пороха, взрывчатые вещества, самогорящие газогенерирующие композиции . Пока нельзя говорить о величине экономического эффекта, но ожидается создать научную базу для прогнозирования свойств еще не синтезированных соединений, чтобы поиск новых компонентов с улучшенными характеристиками не был случайным.
Именно это и отличает настоящий проект от множества работ, ведущихся вслепую.
В настоящее время в мировой науке ведется множество работ по синтезу и исследованию свойств энергоемких соединений на базе полиазотистых гетероциклов. Наши работы отличаются тем, что нами запланировано проводить анализ пригодности тех или иных энергоемких компонентов в различных типах энергоемких композиций, т.к. каждый тип энергоемких композиций (пороха, ракетные топлива, газогенерирующие составы) имеют свои специфические требования к свойствам составляющих их компонентов. Даже в ракетных топливах, предназначенных для разных ступеней ракетных систем, один компонент может быть очень эффективен на первой ступени и малоэффективен на третьей.
Для достижения резкого скачка в энергетике при относительной безопасности эксплуатации необходимо тщательно изучить взаимосвязь энергетических параметров соединений с остальными характеристиками, определяющими работоспособность (термостабильность, чувствительнось к механическим воздействиям и др.). Энергетические возможности химических соединений ограничены. На данном этапе развития повысить энергетику можно повышением энтальпии образования и повышением массовой доли водорода в веществе. Но эти величины взаимосвязаны, и далеко не всегда простой зависимостью. Кроме того, повышение энтальпии образования, как правило, ведет к снижению термостабильности и повышению чувствительности к механическим воздействиям, что весьма нежелательно. Т.е. тут предстоит сложная работа нахождения золотой середины.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Область применения планируемых результатов - создание и производство энергоемких композиций (ракетные топлива, пороха, газогенерирующие композиции, взрывчатые вещества).
2. Практическое применение планируемых результатов может быть осуществлено, если удастся повысить стабильность ряда веществ с недостаточно высоким уровнем стабильности, если будут получены новые вещества с повышенными эксплуатационными характеристиками.
3. Если будут получены хорошие характеристики энергоемких композиций на базе полиазотистых гетероциклов, это может изменить структуру производства ракетных топлив (хотя эта отрасль чрезвычайно консервативная, что естественно, т.к. эта отрасль не может допускать рисков).
4. Планируемые результаты могут существенно повлиять на развитие исследований в области энергоемких соединений, т.к. предполагается создать научный подход с методологией прогнозирования свойств энергоемких соединений, даже еще не полученных.

Текущие результаты проекта:
Проект только начался , так что выполнено пока крайне мало. Показано, что возможные для достижения величины удельного импульса составов смесевых ракетных топлив на базе элементов C, H, N, O зависят практически только от допустимой величины температуры горения и доли водорода в элементном составе композиции. Это новый результат. Чем он важен? В ракетной технике желательно иметь удельный импульс повыше, но при этом температура горения не должна быть не выше той, которую могут выдержать современные конструкционные материалы. Это примерно 3700-3800 K. Многие исследователи стараются поднять энтальпию образования компонентов, чтобы повысить удельный импульс. И он, действительно, повышается, но то же происходит и с температурой горения. Полученные нами количественные данные позволяют отбросить мечты о сверхвысоких импульсах при умеренных температурах и количественно ответить на вопрос, какова максимально достижимая величина удельного импульса для композиции с n % водорода при условии, что температура горения окажется ниже Tlim - предельно допустимой.