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新型二氰胺类自燃离子液体的合成及性质研究

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 自燃离子液体概述

1.3 自燃离子液体种类及合成方法

1.4 自燃离子液体的相关优势以及存在的问题

1.5 本文研究内容

2 原料及实验方法

2.1 引言

2.2 实验试剂和设备

2.3 离子液体表征

2.4 理论计算

3 四甲基乙二胺自燃离子液体

3.1 引言

3.2 离子液体的合成

3.3 物性表征

3.4 本章小结

4 双(R 基-咪唑)硼烷类自燃离子液体

4.1 引言

4.2 离子液体的合成

4.3 物性表征

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 论文主要结论

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 A 合成的自燃离子液体的 NMR 图谱

附录 B 阳离子等键反应

附录 C 生成焓计算所用的各种化合物或离子的计算数据

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摘要

自燃推进剂作为一类化学点火的液体推进剂,可简化发动机设计及实现万次无故障点火,是火箭及太空飞行器的重要动力,已成为航空航天领域主要研究方向。近年来,自燃离子液体显示出了良好的热稳定性和燃烧性能,具有替代传统推进剂燃料(肼及其衍生物)的应用潜能,受到含能材料科技工作者的广泛关注。
  本论文以四甲基乙二胺和三甲胺硼烷络合物为反应底物,设计合成了4种四甲基乙二胺类和10种双(R-基咪唑)硼烷类自燃离子液体。通过1H和13C NMR、IR和元素分析(或高分辨质谱)综合表征,确认了所得离子液体的结构;通过密度、粘度、热稳定性、点火性能测试及相关计算,系统表征了离子液体的结构-物性关系。
  对于四种四甲基乙二胺类离子液体,计算模拟的振动光谱与实验相符,为离子液体结构确认提供了理论支撑。阳离子烷基侧链对离子液体性质有显著影响,呈现规律性。该类离子液体热稳定性好,分解温度均在200℃以上,生成焓在85.1~154.4kJ·mol-1之间。其中,2-(二甲基胺)-N,N,N-三甲基乙二胺二氰胺的燃烧性能较好,点火延迟时间84ms,比冲158s。
  对于十种双(R-基咪唑)硼烷类离子液体,阳离子的烃基侧链对离子液体性质也有规律性的影响。该类离子液体密度在1.04~1.27g·cm-3之间,生成焓在12.4~484.9kJ·mol-1之间,分解活化能在74.72~130.82kJ·mol-1之间。其中,双(烯丙基咪唑)硼烷二氰胺的燃烧性能较好,点火延迟时间18ms,比冲176.7s。
  设计合成的离子液体在一定程度上显示出良好的自燃燃料特性,是肼及其衍生物的潜在替代产品。2-(二甲基胺)-N,N,N-三甲基乙二胺二氰胺和双(烯丙基咪唑)硼烷二氰胺具有良好的综合性能,有望成为双组元自燃推进剂的绿色燃料。

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