张抑扬, 陈森, 蔡洋, 卢磊, 范端, 史进春,*, 黄俊宇,*, 罗胜年

1. 引言

含能材料储存了大量化学能，会在热或力刺激下快速释放[1–4]。依据储存的化学能及其释放速率，含能材料通常分为炸药（起爆药或二级炸药）、推进剂和烟火剂等[3,5]。来自军民应用和基础科学研究的广泛需求推动了对含能材料的持续兴趣[6]。对含能材料力学、物理和化学的深入理解不仅有助于预测和控制其性能，也有助于解决含能材料日益增长的环境和安全问题 [1,7]。

含能材料在制备、加工或外刺激（如冲击压缩）过程中的热力学、物理和化学过程跨越多个时空尺度[6,8]。在制备和加工中产生的微结构（晶格缺陷、空洞、裂纹、界面等）涵盖亚纳米到毫米尺度[9,10]，并影响含能材料对外刺激的响应以及随后的化学动力学和宏观性能[11,12]。在热力刺激下，这类微结构所在区域会产生应变、应力或热量局域化，诱发局部化学反应（热点）[13–16]。在外刺激下，含能材料的力学和物理过程（塑性变形[17,18]、相变[19,20]和热点形成等）和化学过程（化学反应动力学[12,21]和固态碳形成[22,23]）跨越飞秒到微秒时间尺度，涵盖单分子到微米晶格或更大的空间尺度。冲击化学起爆通常发生在分子水平和亚皮秒尺度[15,24–28]；而介观尺度上，冲击波波阵面作用于含能材料的复杂微结构，产生相变和热点；冲击转爆轰（SDT）[29]则发生在宏观尺度。用于模拟含能材料外刺激的典型加载形式包括激光烧蚀、平板冲击、分离式霍普金森杆、激波管燃烧和准静态压缩，其时间尺度分别为100 fs [30,31]、100 ns [32–34]、100 µs [35,36]、10 ms[37,38]和100 s。……