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中原突破氮离子盐系世界第贰遍 将造出科学幻想

文章作者:军事军史 上传时间:2019-09-20

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  胡炳成教授介绍,新型超高能含能材料是国家核心军事能力和军事技术制高点的重要标志。全氮类物质具有高密度、超高能量及爆轰产物清洁无污染等优点,成为新一代超高能含能材料的典型代表。目前,该领域的研究热点之一是全氮阴离子的合成。由于制备全氮阴离子的前驱体芳基五唑稳定性较差,加上全氮阴离子自身不稳定,致使采用常规方法获取全氮阴离子非常困难。自1956年芳基五唑被首次合成以来,制备稳定存在的全氮阴离子及其盐的研究一直没有取得实质性进展。

  作为“梦幻炸药”,科学家们对于金属氢的性能早就有所分析,通过金属键键能等方式,金属氢预计在升华中可以达TNT的爆炸能量的35倍,远远大于任何化学能源的能量密度,仅次于核反应。爆速超过15000米每秒。如果作为火箭燃料,比冲可能超过1700秒,这一时间甚至可以让单级火箭突破大气层,大大减轻人类探索太空的难度。

从历史上看,炸药一直都在中国人心中有特殊情结,火药是中国古代的四大发明之一,但是在近现代的化学炸药研发中,中国却遗憾的落后了,两次世界大战中,各国所应用的TNT、PETN和RDX均为国外首先研制,且产量巨大。

 

  上周,中美科学家几乎同时在超高能含能材料上实现了突破,中国科学家首次合成全氮阴离子盐,美国科学家合成了金属氢。这两项成果都发布在了国际顶级期刊《科学》杂志上,两颗高科技“大礼花”的出现,又恰逢中国春节,似乎是给中国人的传统新春佳节一起献上祝福。

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当时,胡炳成教授把这个巨大成果投稿国际顶级期刊《科学》,而审稿人很惊讶,因为从未见过人类合成这玩意,也十分怀疑胡的数据的真假,别说(N5-)这种神器了,比如这种含(N5-)的化合物稳定性极差,零下30度能存在一周,室温下5分钟就分解光了。而胡的合成产物不但提纯出化合物,其分解温度为110度,太令审稿人惊讶了。

  某科幻动漫中的N2炸弹爆炸画面

  无论如何,两者都给人类开拓了新技术领域的前景。南理工直接叩开了全氮超高能含能材料的大门,而哈佛大学则走入了一条金属性非金属化合物的漫长小径。无论是哪一种都是值得敬仰的研究成果,都将为人类的未来而造福。

于是,审稿人提出了大量的分析数据要求考验胡教授,一年之内胡教授提交数据,2017年1月26日下午2点,最新一期《科学》上线,发表了胡教授的文章。

 

  那么这两者究竟谁更优秀呢?

1894年爆发的甲午海战,参战的北洋水师全军覆没,而日本联合舰队则无一舰沉没,其中的原因固然错综复杂,炸药威力上中日两军存在的巨大代差,更是压垮北洋水师的最后一根稻草。

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  在用作火箭推进剂时,全氮高能材料能显著延长发动机的工作时间(即提高比冲),更高比冲的固体发动机在不增加导弹体积的情况下,将显著提升导弹射程。结合大威力高能炸药,现有体系下的中距弹就可能达到霹雳-1X的性能水平,具备超远射程和对超音速巡航目标的杀伤能力,大规模远距离空中“排队枪毙”不再是梦想。或者小型化的导弹也将具备不凡的作战能力,战斗机可以像战舰一样携带大量的导弹进行作战。

原标题:中国凭什么承诺不用核武?只因研发了比核武更强大、干净的炸弹!

  以下是新华社27日报道内容:

  对于中国人而言,南京理工大学化工学院胡炳成教授团队还有着特殊的意义,火药是中国古代的四大发明之一,但是在近现代的化学炸药研发中,中国却遗憾的落后了。两次世界大战中,各国所应用的TNT、PETN和RDX均为国外首先研制,且产量巨大。当然,目前为止,也只有部分先进的含能材料为国内首创,而五唑阴离子的首次发现,终于为中国争足了一口气。

可能有人会觉得3倍爆炸能量不是什么大的提升,其实重点在于这个高性能含能材料比传统炸药轻太多,每减少1 kg的负重对导弹的射程就会造成显著提升,而且它不仅可以用来制造大爆竹,也是下一代大“窜天猴”——运载火箭的关键技术,新型材料将可大幅度提升火箭的比冲,有望大幅度提高运载火箭性能,这个炸药和马伟明的电磁炮都是划时代的技术。

  全氮阴离子盐的成功制备,是全氮类物质研究领域的一个历史性突破,为全氮阴离子高能化合物的制备奠定了坚实基础,对于全氮类物质的合成应用以及全氮含能材料的发展具有重要的科学意义。

  迄今为止,核反应仍然是人类掌握最剧烈的能量释放方式,想要代替核弹的地位,还是图样图森破

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  这两则关于高能材料的新闻都显得极其“爆炸”,无论是材料的爆炸力还是新闻本身的爆炸性。

其实这个物质被搞出来是相当不容易的。1995年,美国海军实验室合成出(N5 )离子,2016年,以色列人测到(N5-)的信号,2016年1月,胡炳成教授团队合成到(N5-)化合物,并实现提纯。

  胡炳成教授团队经过多年研究,解决了这一困扰国际含能材料研究领域达半个多世纪的世界性难题,在全氮阴离子的合成中取得了重大突破性进展。他们创造性采用间氯过氧苯甲酸和甘氨酸亚铁分别作为切断试剂和助剂,通过氧化断裂的方式首次制备成功室温下稳定全氮阴离子盐。热分析结果显示这种盐分解温度高达116.8 ℃,具有非常好的热稳定性。

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如今全球首创了全氮阴离子盐,说明中国炸药一直都有英雄撑起前行,向他们致敬!返回搜狐,查看更多

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  比起以巧破千斤的全氮阴离子盐,金属氢这一流派的思路就显得刚猛无比。用高压强行改变物质结构,让物质的结合方式转变为高能量密度的金属键。该门派的各路学者秉持的思路只有一条:“成功需要更多的压力。”1935年,E·P·维格纳等人预测,在25GPa(25万个大气压)下,氢将呈现出金属性质。最终,人类以495万大气压的凶残压力合成了金属氢。

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  新华网南京1月27日电(记者凌军辉)南京理工大学化工学院胡炳成教授团队近日成功合成世界首个全氮阴离子盐,占领新一代超高能含能材料研究国际制高点。相关研究论文27日发表在国际顶级期刊《科学》上,这也是我国在《科学》上发表的含能材料领域第一篇研究论文。

  在环保方面,双方的爆炸残留物一个是氮气一个是氢气,都属于洁净无污染,绝对的“绿色炸药”。

当年中国研发出原子弹之时,就很有魄力地向全世界宣布“永远保证不首先使用原子弹”,这不仅是一个大国的承诺,更是一种自信,很多人就质疑,万一爆发战争,没有原子弹岂不是让自己陷入劣势?其实,除了原子弹以外,中国已造出了核武器之外最强大的炸弹,而且没有核污染,这个技术让美俄都望其项背。

  “N2炸弹”的威力

  此次南京理工大学首次合成的全氮阴离子盐N5-,是全氮类高能材料中重要的前体物质。从N3至N13一系列全氮衍生物一直是科学家们追求的高能材料,这种材料的爆炸能量达到TNT炸药的3-10倍,爆速从9000米每秒提升到14000米每秒以上,爆压从30至40吉帕提升到90吉帕。

去年,南京理工大学化工学院胡炳成教授团队成功合成世界首个全氮阴离子盐(N5-),然后由此制造的全氮类超高含能材料(炸药)的能量可达TNT炸药的3-10倍,爆速从9000米每秒提升到14000米每秒以上,爆压从30至40吉帕提升到90吉帕。

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  爆炸界的“少林武当”

  原标题:中国突破氮离子盐世界首次 科幻“N2爆弹”将实现

  在理论推算中如此优秀的性能和广阔前景,那就怪不得科学家们如此孜孜以求了,不过,苛刻的制造条件让金属氢真正的实用化还要走很长时间,如果说南理工胡教授团队的成就让我们已经一脚跨进了全氮高能材料领域的大门,哈佛大学团队的成就至多只能算让我们有了条一窥金属氢世界的小缝儿。

  据报道,在世界范围内,获取全氮阴离子都是一个难题,自1772年从大气中分离出来N2以后,直到1890年,才发现第一种全氮离子N3-,此后相关研究止步不前。科研工作者对从N3到N13的各种全氮衍生物进行了大量的理论预测,但真正制取成功相关化合物的成果少之又少。用于制备全氮离子的前驱体芳基五唑直到1956年才首次被合成;1999年,美国空军研究实验室才首次合成呈线状N5 阳离子,当时的研究目的是制造取代有毒的肼类火箭燃料的新型火箭燃料。南京理工大学胡丙成教授团队这次成功合成出全氮阴离子盐是这一领域的突破性成果。理论上,全氮类物质的能量水平可达10^4~10^5焦耳/克级别,这相当于TNT炸药的10~100倍,不仅可用于制造更大威力,的炸药、发射药、推进剂,也有望用于制造不需核裂变起爆的“干净”氢弹,这几乎就是我们前面刚刚提到的幻想中的“N2爆弹” (EVA里面对N2的解释是None nuclear的缩写,但有意思的是,现实中全氮类物质爆炸的产物就是N2——氮气)了。

  全氮含能材料作为火箭推进级的比冲也能达到400-500秒级,虽然不如金属氢,但是其更具备实用价值,对于高能材料而言,“送人上天”比起“送人上西天”对人类才更有意义。两者都不仅仅是人类武器的进步,更是人类改变世界改变自身的进步

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  据南理工网站报道,此次合成的化合物含有全氮阴离子(N5-)。据相关论文,全氮类超高含能材料(炸药)的能量可达3倍TNT以上,具备高密度、高能量、爆轰产物清洁无污染(爆炸产物为氮气,无污染)、稳定安全等特点。全氮类物质的相关研究将直接推动超高含能材料的快速进步,相关材料的研制成功有望在炸药、发射药和推进剂领域产生惊人的发展。

  从1973年美国洛斯阿拉莫斯实验室开始,美国,苏联,包括日本都有报告声称发现了金属氢,然而并一直没有相关方面拿出实际证明。此次哈佛大学的团队在495万个大气压下制造的金属氢也还没有得到进一步的承认,因为金属氢得到的条件苛刻且不稳定,稍微减轻压力本身就升华消失,这种苛刻的条件也是真正制取金属氢的难度之一。

  中国科学家在新春之际向全国人民献上下一代大爆竹方案……

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  高性能含能材料不仅可以用来制造大爆竹,也是下一代大“窜天猴”——运载火箭的关键技术,新型材料将可大幅度提升火箭的比冲,有望大幅度提高运载火箭性能

  比起这些脾气暴躁的“女汉子”来,N5-真可以说的上大家闺秀了,这也让它的未来应用性和拓展可能大大增加。毕竟,人们需要的是可以控制的炸药,而不是没准什么时候就会爆炸的不稳定物质。

  还记得科幻作品里面威力堪比核武器而没有核污染的”N2爆弹”吗?中国造出来了。南京理工大学化工学院胡炳成教授团队近日成功合成世界首个全氮阴离子盐,占领新一代超高能含能材料研究国际制高点。相关研究论文27日发表在国际顶级期刊《科学》上,这也是我国在《科学》上发表的含能材料领域第一篇研究论文。

  原标题:过年的时候 中美科学家正忙着搞“超级炸药”竞赛

  可能有人会觉得3倍爆炸能量不是什么大的提升,但其实TNT炸药比起黑火药的爆炸能提升也不过是4倍左右,这就已经是一场“革命”了。图为世界上较早使用化学发射药的M1888步枪,其性能远超过此前使用黑火药的任何步枪

  全氮材料家族的另一位同胞,1998年美国合成的N5 盐材料以不到0.2克的质量(一各盐粒)炸烂了一个通风橱,把实验室炸的跟被鬼子扫荡过一样。但是因为形成的化合物氮含量下降,还是不够完美,而此次的N5-盐若与氮阳离子合成纯氮材料,威力将更上一层楼

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  号令武林谁为至尊

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  这一提升看似并不震撼,但是其足以让现今使用的武器性能得到跨越性的提升。试想看,这甚至可以让人手一发的80毫米火箭筒达到超过120迫击炮弹(装药量相当于155毫米榴弹)的杀伤威力,这对患有严重“火力不足恐惧症”的中国陆军而言,无异于天赐良药。

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  从黑火药、TNT、到现在的黑索金、奥克托今炸药,炸药的爆炸威力基本是由爆能,爆压,爆速等多个指标衡量的。

  而最为可贵的,在发布在《科学》杂志上的论文中表现的合成路径看来,N5-其合成原料价格相当低廉。选用的材料中最贵的也不过就是甘氨酸亚铁[Fe(Gly)2]。

  作为熊孩子界的顶级玩家,自炸药界“泰斗”诺贝尔发明可以稳定的真正“炸药”之后,人类已经不满足于对自然界产物混合制取黑火药的玩法。解析爆炸原理,利用科学手段制取自己所需要的炸药成分,目标就是爆炸更快,威力更高,破坏更强的炸药。

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  而在作为核武器扳机方面,在同等威力的情况下至少可以缩小一半的体积和质量

  胡炳成教授团队此次合成的全氮阴离子盐分解温度高达116.8 ℃,具有非常好的热稳定性。这一点在高能炸药的探索中相当重要,因为含能高材料大多数“脾气”都不是很好,稳定性极差。诺贝尔为研究炸药导致亲人丧生,在现代高能材料研究过程中,这些“不好伺候”的主也是动不动就发脾气,研磨中就会爆炸的高氯酸肼镍,它导致美国化学研究生布朗丢了三根手指。还有合成过程中就能爆炸的高氯酸甲酯,高氯酸甘油更是在倾倒过程中说不定就会爆炸。

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  在深入到这一阶段后,爆炸世界内就产生了多个“门派”,而全氮阴离子盐和金属氢,就分别是其中两大门派的顶级之作。

  我国在唐代就已经发明了火药(黑色炸药),到宋代时,炸药已经应用在战争上,从此以后,这种“砰砰砰”的东西就成了人类这个“地球熊孩子”的玩具,虽然多少人在战争中因为它而殒命,但是炸药在人类生产生活中又起到了大量有益的作用,可谓是一把“双刃剑”。

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  现有高能炸药中,哪怕是奥克托今炸药也因为成本高昂,与TNT混用并且只使用于导弹和水中兵器的高能战斗部上。如果全氮阴离子盐的合成产率等问题得到解决,其应用要比现有的各种硝基高能炸药更为广泛——甚至真有在“当量价格比”上超过TNT的可能。

  作为炸药,其威力来源于分子之间化学键断裂产生的能量。无论是构成分子的原子成分,还是分子之间组成结构的形式都对炸药的威力有所影响。

  两大门派之间并非全无交集,全氮炸药中也有以高压压力获得聚合氮物质的思路,金属氢想要走出实验室真正在工程上实现,也需要化学方法的辅助。这些高能含能材料未来将在炸药,发射药,火箭推进剂等方面大放异彩。

  在航天方面的应用,金属氢以预计超出三倍的比冲数值取胜。

  不过如果单纯从“爆炸”的实用前景来看,金属氢的实验室成就还必须接受各种检验,真正工业化生产还需要漫长的摸索。而全氮阴离子盐几乎已经是摸到了工业化生产的边,正所谓“十鸟在林,不如一鸟在手”,全氮高能材料或许在不远的将来就能应用到人类的生产生活中。

  我去炸学校,天天不迟到,小鸟说早早早,你为什么背着炸药包。对于熊孩子们而言,这种玩具虽然噪音巨大而且危险,但是绝对过瘾,要的就是这种心跳的感觉

  作为广岛原子弹引发临界核裂变效果“扳机”的奥克托今炸药,其爆能也不过是1.7倍TNT的威力。

  爆炸之力响彻群山

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  说到另一位上了《科学》杂志的金属氢,应该说,它的知名度比起N5-来说要高得多了,在我国科幻作家刘慈欣的小说《中国2185》中就作为高能汽车燃料出现过。

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  “班长,发现敌方狙击手。”“火力覆盖”“班长,发现敌方碉堡。”“火力覆盖。”“班长……”“火力覆盖”!!!

  从爆能上看,金属氢以至少35倍TNT的能量释放绝对性胜出。

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  不管是“一力降十会”还是“以巧破千斤”,什么样的功夫都得用来打人,什么样的路线都得看最终产品性能如何。

  不止如此,金属氢的特殊结构带来的金属性质,更使其可能成为常温(290K,16.85℃)下的超导材料,如果应用于电力传输,将带来革命性作用。

  但是超高能含能材料真的拿来做烟花,效果可能太过强劲了,一不小心就会造出一个大新闻

  从爆速等指标上看,金属氢也是略胜一筹。

  在其他应用前景方面,金属氢成为常温超导体的可能性也极具优势。

  金属氢的制备和爆炸要求都非常苛刻

  而所谓“氢弹扳机”的说法,现有裂变弹作为引发聚变反应的扳机不仅仅是因为核弹的爆炸能力,还包括裂变反应中的中子射流作用。这一点无论是N5-还是金属氢都无法做到。高能炸药应用于原子弹引爆还有可能,应用于“洁净氢弹”还是指望激光点火技术吧——在这个领域,高能含能物质也一样大有用武之地

  全氮阴离子盐出身“化学流派”,全氮类物质门,化学流派追求通过化学手段,合成具备高能化学键的新物质来达成能量的猛烈释放。因为氮气化学键的性质,现有的炸药中的氮含量对能量强度有不小的影响,炸药的含氮量是用来衡量炸药能力的一项重要指标。那么由全氮构成的炸药威力如何呢?全氮阴离子盐(此前美国人已经成功合成了全氮阳离子,这两个发明在一起就像是打通了“任督二脉”)的合成不亚于该门派的镇派神兵铸成,是足够大书特书一笔的。

  从安全性上来看,全氮炸药可能还可以摸摸,金属氢的脾气就很难说了。

  如果76毫米火箭弹大小的导弹可以具备“响尾蛇”导弹的性能,空战就可能变成……看我全弹发射啦!

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关键词: 炸药 中国 导弹 海军 世界