高能低感含能材料是近几十年来含能材料领域的研究重点。研究者们为此进行了大量的研究工作,并取得了不错的研究进展,合成出了诸如TATB、NTO、LLM-105和FOX-7等单质低感炸药,在推进其应用研究的同时,开发新型高能低感炸药仍是一项重要性研究课题。本论文通过优化分子结构,设计并合成出多个系列的高能低感含能化合物,并研究了其性能,主要分为以下三个部分:1.1,2,4-噁二唑含能衍生物的合成和性能研究选取1,2,4-噁二唑作为含能主体框架,对其进行含能化修饰。首先,以乙二醛为起始原料,经多步反应合成1,2,4-噁二唑-3-氯肟(101),之后利用氯肟的化学反应性质,将偕二硝基甲基、羟基四唑、氧化呋咱引入到1,2,4-噁二唑环上,得到一系列综合性能良好的1,2,4-噁二唑含能衍生物。其中,钾盐103具有较高的能量密度和机械感度,具备成为起爆药的潜质。肼盐104b、106b和羟铵盐104c、106c具有与RDX相匹敌的能量水平。3,4-双(1,2,4-噁二唑-3-)氧化呋咱(107)的熔点低于100 oC,而分解温度高于200 oC,且展现出良好的爆轰性能,有作为熔铸炸药的潜力。2.基于FOX-7衍生物—偕二硝基亚甲基三嗪的多硝基三嗪烷类含能化合物的合成和性能研究以六氢-1-叔丁基-4-偕二硝基亚甲基-1,3,5-三嗪(108)为研究对象,对其进行含能衍生化反应研究,以期获得综合性能优异的含能化合物。为了避免偕二硝基亚甲基被完全硝化成不理想致爆基团—三硝基甲基,利用“保护-脱保护”的合成策略,合成得到了一系列多硝基三嗪烷类含能化合物。其中,钾盐110的爆速和爆压分别高达9549 m s-1和40.24 GPa,且具有高密度、高机械感度等特点,有很大潜力成为一种性能优异的非重金属(无铅)起爆药。6-(氟偕二硝基甲基)-1,3-二硝基-1,2,3,4-四氢-1,3,5-三嗪(112)(v D=9255 m s-1,P=41.1 Gpa)具有优异的爆轰性能和适中的感度。4-(偕二硝基亚甲基)-1-硝基-1,3,5-三嗪烷(120)(α和β两种晶型)和4-(偕二硝基亚甲基)-1-亚硝基-1,3,5-三嗪烷(121)均保持了FOX-7的低感度属性,并且120α和121的爆轰性能均优于FOX-7,120β的能量水平可与RDX相匹敌。当以100%HNO3为硝化试剂,在Zn Cl2参与下,从108合成出了多硝基稠环化合物4,8,10,10-四硝基双环[4.4.0]-1,3,5,7-氮杂-1-癸烯(122)。稠环化合物122的热稳定性在所有FOX-7稠环衍生物中是最好的,爆轰性能与RDX相当,感度较RDX更钝感,另外,其制备方法简便,避免了危险中间体H-FOX的使用。3.基于FOX-7的多硝基三嗪烷类含能化合物的合成和性能研究以FOX-7为起始原料,经一步反应合成得到了3,4-双偕二硝基亚甲基-1,3,5-三嗪烷(129),1,1’-亚甲基-4,4’-偕二硝基亚甲基三嗪烷(130)和1-三硝基乙基-4-偕二硝基亚甲基三嗪烷(131)。化合物129的爆速和爆压分别为8899 m s-1和P=35.83 GPa,其能量水平稍优于RDX(v D=8795 m s-1,P=34.9 GPa)和FOX-7(v D=8870 m s-1,P=34.0 GPa);化合物130(v D=8332 m s-1,P=26.47 GPa)也具有良好的爆轰性能,其热稳定性优于大部分的FOX-7含能衍生物。并且化合物129和130均保留了FOX-7的低感度属性,是综合性能不错的低感高能炸药。