PBX表界面基础科学研究，是一室压装PBX设计与应用团队（以下简称PBX团队）重点研究方向之一。如何通过炸药的表面修饰改性、高效包覆、新型微结构设计等，解决炸药性能提升问题，对武器用炸药配方具有重要实际意义。
近期， PBX团队在炸药晶体表面原位包覆与性能提升研究方面取得了重要进展。众所周知，由于含能晶体（如HMX）的转晶对其安全性和能量都可能产生较大影响，控制其转晶对含能材料性能有重要作用。另一方面，当前含能晶体表面包覆依然面临如包覆方面诸多方面的挑战。为解决以上问题，PBX团队巩飞艳等受到水生蚌类分泌物-聚多巴胺超强粘附的启发，采用多巴胺氧化自聚合原位包覆含能晶体，可对含能晶体粉末实现致密的核壳型包覆，拉曼光谱显示聚多巴胺（PDA）包覆层呈现类似石墨的G带和D带结构，团队深入研究了多巴胺在HMX表面沉积包覆过程及机理。
图1含能晶体表面多巴胺聚合包覆过程示意图
研究表面，包覆0.5wt%聚多巴胺的HMX的β→δ相变温度提高27.5℃。在210℃加热30min再冷却到室温后，PDA/HMX依然保持完整的晶面、棱角，而未包覆的HMX晶体晶面和棱角模糊，损伤严重。采用BAM感度测试了包覆/未包覆HMX样品在加热前后的撞击感度。结果表明，室温下，PDA包覆HMX对其感度影响较小。但200℃加热30min再冷却到室温后，未包覆的HMX由于热损伤严重，感度明显升高（临界撞击能量从5.0J降低到2.0J），而PDA/HMX的BAM感度则不变（5.0J）。这说明PDA有效抑制了HMX的转晶，有利于提高其安全性。相关成果发表在Chemical Engineering Journal（影响因子=5.31，中物院一区期刊）上，详情见：Feiyan Gong, et al. Mussel-inspired coating of energetic crystals: a compact core-shell structure with highly enhanced thermal stability, Chemical Engineering Journal, 309, (2017) 140-150。
图2 多巴胺在HMX表面沉积包覆过程的原子力显微镜图
图3 HMX/PDA扫描电镜及热性能图
自2014年起，为改善炸药与高聚物界面作用，提升炸药表面包覆度，一室PBX团队致力于研究基于高分子单体原位聚合的表面包覆技术，先后开发了多种单体原位聚合体系，在改善CL-20、HMX、RDX、TATB等炸药的表面包覆度、包覆层机械强度方面取得了持续进展。
近期，团队开展了在炸药表面进行多巴胺仿生表界面设计和调控相关研究，在HMX的包覆方面，侧重晶体热稳定性能提升。同时，团队还开展了多巴胺包覆TATB研究，结合某重大专项需求牵引，用于改善TATB基炸药力学和蠕变性能。初步研究结果表明，多巴胺包覆TATB后，相比于纯PBX配方，改性后拉伸/压缩强度、断裂韧性均有较大幅度提升，抗蠕变性能显著提升。在60℃下，应力为4MPa时，PBX-PDA@TATB配方的应变明显低于纯PBX，高应力9MPa下，纯PBX很快发生断裂，而PBX-PDA@TATB配方在恒定9MPa应力下，依然展示优异的抗蠕变行为，而且样品不会发生断裂。
图4 TATB/PDA抗蠕变性能图
下一步团队将结合配方应用，围绕该方面持续深入开展研究，在输出高水平基础科研成果的同时，将基础研究与工程研制相融合，力争为武器用炸药配方的综合性能提升开辟新途径。
