分子钙钛矿含能材料是中山大学陈小明院士团队于2018年提出的一类基于晶体工程组装策略的单质炸药新体系，具有制备工艺简单、成本低廉、高能量输出与高热稳定性的特点。独特的结构形式为发展高性能实用含能材料提供了新契机。有别于含能有机化合物的设计思路，分子钙钛矿含能材料的构筑主要着眼于以氧化性、还原性分子离子组分为模块，通过晶体工程“盖房子”的方式将氧化性和还原性分子/离子组分相互嵌合、周期性交替紧密排列，形成典型的框架ABX3结构(见图1)。离子组分间的静电库仑力可以确保晶体结构稳定，而相互间短于分子间作用力的距离又使其在达到分解条件后能以快速、高效、充分氧化还原反应释放能量和气体，因而往往能在保持优良安定性的同时较为充分地发挥含能基团蕴含的能量。

图1 分子钙钛矿系列含能材料结构简图

分子钙钛矿含能材料化合物设计进展

图2 DAN(左)与DAI(右)体系分子结构示意图

DAP-4在复合体系中的释能作用

基于高氯酸桥联的(H2dabco)[NH4(ClO4)3](DAP-4)是目前被研究最为深入的分子钙钛矿含能化合物。兼具高能量水平与强氧化能力的分子钙钛矿含能材料与固体燃料复合体系的燃烧释能研究是目前关注的重点。北京理工大学以DAP-4为氧化剂，引入非金属硼为固体燃料，制备了DAP-4/B混合粉体以及DAP-4/B/F复合体系材料。研究发现，在燃料与氧化剂质量比为22∶78时，混合粉体的燃烧热值可达9640J/g。通过凹槽燃烧火焰蔓延速率测试，DAP-4/B混合粉体的燃烧火焰蔓延速率呈现先增加后降低的趋势。提出了DAP-4与硼复合体系燃烧反应释能机制：首先点燃DAP-4形成持续燃烧，自身能量释放并分解出大量氧化性、腐蚀性气体；燃烧能量消除硼颗粒表面氧化层，氧化性、腐蚀性气体支撑硼氧化还原反应，促进固体硼颗粒燃料的燃烧释能。

图3 DAP-4/B燃烧火焰蔓延过程以及点火燃烧反应机制

DAP-4在石油射孔弹中的应用

西安近代化学研究所以DAP-4为基础推出了系列耐热炸药，在高耐热高威力炸药配方应用领域初显锋芒。实验表明DAP-4综合性能媲美RDX，优于现有超高温耐热含能化合物HNS。在常温钢靶穿透实验中，对比现役HNS基S992炸药(平均爆速6879m/s，穿透深度182mm，穿孔孔径为10.3mm)，西安近代化学研究所研制的DAP-4基耐热炸药性能取得突破(爆速达7597m/s，穿透深度233mm，穿孔孔径>11.1mm)。经石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心鉴定显示，经过超高温长时间保温后(210℃保温170h)，DAP-4基耐热炸药的穿深和孔径还能分别达到214mm和13.2mm，超过了国家石油行业标准(见图4)，显示了DAP-4金属射流加速的能力，表明DAP-4可应用于高温/超高温石油射孔场景。

图4 DAP-4基射孔弹实物图及其实验效果