引發劑是一類高能材料，用於商業、軍事和太空探索應用中的精確點火或驅動。 在過去的 150 年裡，研究人員設計並篩選了多種可用作引發劑的高能材料，包括過渡金屬基引發劑、鉀基引發劑和有機引發劑。 然而，幾乎所有的起始藥物都面臨合成複雜、毒性高、穩定性差或點火效能差等問題。 開發一種綠色環保、成本低、點火效能強、穩定性好、具有挑戰性的任務。
近日，中北大學馮永安團隊報道了A2BB X6型雙鈣鈦礦引發劑N（代號DPPE-1），展示了鈣鈦礦引發劑新概念的一系列優勢，包括綠色低成本的大規模生產、超強的點火效能和優異的環境穩定性，這可能會導致鈣鈦礦得到更廣泛的應用。 研究成果發表在《自然通訊》（Nature Communications）上，題目為“A promising perovskite primary explosive”。 該研究成果由中北大學、哈爾濱工業大學、美國愛達荷大學歷時兩年完成，中北大學馮永安教授、哈爾濱工業大學張繼川研究員為共同第一作者。
C6H14N2）2[Na（NH4）（IO4）6]}N（DPPE-1），其結構與傳統引發劑明顯不同（圖1）。該團隊利用鈣鈦礦骨架，在X位點配置了一價高碘酸陰離子（io4-），由於其氧化能力強、靈敏度高，可以滿足點火效能和可靠性要求。 B位點分別選擇了無毒陽離子Na+和NH4+，因為它們都有利於緊湊的結構和增強的生物相容性，並有助於反應在水溶液中進行。 對於 A 站點，由於 Na+（或 NH4+）和 Io4- 互連而形成的框架尺寸約為 742å×7.42å×7.42，因此有效半徑為 3 是優選的39 （H2DABC2+， C6H14N22+） 陽離子，以獲得最大的晶體密度和填充係數。 所有涉及的陽離子和陰離子都是常見的穩定物質，通過離子相互作用的簡單自組裝反應形成目標有機-無機鈣鈦礦。
C6H14N2）2[Na（NH4）（IO4）6]}N（DPPE-1）採用簡單的綠色一鍋法合成（圖2）。高能雙鈮鴦石的合成是乙個典型的自組裝過程，它涉及三個離子之間的相互作用：H2DABCO2+與IO4-之間的氫鍵，NH4+與IO4-之間的氫鍵，以及H2DABbCO2+、NH4+和IO4-之間的庫侖力。 值得注意的是，NH4+和H2DABCO2+都通過6個N-H··· o 氫鍵與io4-相連，因此這些離子都沒有額外的電荷，氫原子能夠與水分子形成強大的吸引力，這可能有助於解釋為什麼dppe-1如此穩定且易於從水溶液中提取，可以使用簡單的方法合成和分離。
DPPE-1 具有分層的自組裝結構，具有明確的一級、二級、** 和四級結構（圖 3），具有高填充係數 （80.）。7%)。
DPPE-1對空氣、濕氣、光具有良好的耐環境性），暴露在空氣中6個月或潮濕環境中數天時，顏色和形態沒有變化（圖4A-D）。通過粉末X射線衍射分析（圖4G），DPPE-1在環境條件下直接暴露2小時和30天後仍保持其原始狀態。 其熱分解起始溫度為1613（圖4h），能夠滿足大多數軍事和民用需求。 通過長期儲存穩定性測試，DPPE-1的質量損失幾乎可以忽略不計（ 005%），具有良好的長期儲存穩定性。此外，DPPE-1 具有可接受的機械靈敏度 （is=3）。5j；fs=5.0N），其衝擊靈敏度 （IS） 與大多數報道的起爆裝藥相當，摩擦靈敏度 （FS） 優於廣泛使用的軍用起爆裝藥 LA。其氧平衡（co=-4。52%）可能是已知的啟動費用中最高的。
在這項研究中，使用圖5a-c所示的裝置確定極限起始電荷（MPC）。 DPPE-1 分別以 20 mg 和 10 mg 的電荷成功穿透了 5 mm 厚的鉛板（圖 5D、E）。 進一步將裝藥量減少到5 mg，DPPE-1仍然能夠穩定地引爆RDX（圖5F）。 DPPE-1（MPC 5mg）的點火效能遠遠優於最近報道的綠色引發劑（如DDNP、ANTP等），可與最強大的軍用引發劑（如PBN6等）相媲美。 該團隊認為，這種優異的點火效能可能是基於鹵素在高能鈣鈦礦的點火效能中起決定性作用的事實。 與Clo4材料相比，Io4-材料相對不穩定，更可能表現出高靈敏度、快速放熱過程和較強的點火效能。
雙鈣鈦礦引發劑DPPE-1對現有引發劑提出了挑戰，這項工作可能導致鈣鈦礦得到更廣泛的應用，為全球民用炸藥行業長期存在的缺乏基礎點火材料的“瓶頸”問題提供了新的解決方案，並引發了其他關鍵工程領域的新一輪應用研究。