近日，西安近代化学研究所有消息称，国内首套单颗粒
含能材料悬浮燃烧实验装置近期建成，并顺利通过国家重大科研仪器研制项目结题验收。这是我国在含能材料燃烧基础特性研究领域迈出的关键一步，意味着这一长期被宏观观测所局限的学科，正式拥有了安全、精准的微观实验手段。
该装置由西安近代化学研究所牵头，联合杭州电子科技大学、复旦大学共同研制而成，面向含能材料基础燃烧机理探索，填补了单颗粒微观燃烧实验手段的空白。
从“群体行为”到“个体真相”：突破含能材料微观观测瓶颈
所谓含能材料，是指在外部刺激下，极短时间内迅速释放大量能量并对外做功的物质，如火炸药、烟火剂、火箭推进剂等。其燃烧过程贯穿于火箭推进、枪炮弹丸发射、焰火表演等场景，对国防建设与航空航天领域至关重要。
然而，长期以来，学术界对含能材料燃烧的研究始终停留在一个尴尬的层面——只能研究宏观层面众多颗粒集群的氧化燃烧过程，却缺少针对单个颗粒微观燃烧的实验装置。
这与含能材料自身的特殊性密切相关。单颗粒燃烧研究可以消除颗粒与颗粒之间的相互干扰，是理解复杂工况环境下含能材料燃烧行为的基础。但含能材料对热、冲击、静电等因素极度敏感，传统接触式操控极易引发意外燃爆，使“无损悬浮并精准点燃单个微米级含能颗粒”成为长期悬而未解的技术难题。正如《科技日报》报道所述，此前学界“缺少针对单个颗粒微观燃烧的实验装置”，这一空白长期制约着含能材料燃烧机理的深入研究。
“激光镊子”+“光点火”：破解高感度材料的操控难题
此次建成的实验装置，实现了无损稳定悬浮、可靠点火及多参量原位高分辨观测等多项核心技术突破。
据披露，研究团队创造性地将激光做成一把无形的“镊子”，毫发无损地“夹”起一颗含能材料，让这颗比头发丝直径还要小的“小球”稳稳悬浮在空中，再利用另一束激光蕴含的能量将之精准点燃。
这种“激光悬浮+激光点火”的双光束协同方案，是从技术机理层面的创新突破。一方面，光镊悬浮技术以非接触方式捕获和稳定操控微米级颗粒，避免了传统机械夹持或器壁接触带来的安全隐患，同时消除了器壁效应对燃烧行为的干扰，使研究人员得以观测颗粒的“本征”燃烧特性。另一方面，激光点火可精确控制能量输入的时间和强度，为研究不同工况下含能颗粒的点火阈值和燃烧过程提供了前所未有的精确性。
在点燃含能材料颗粒之后，研究团队为实验装置配备了多种高精度观测仪器，能够多方位实时捕捉“小球”燃烧的直观景象、温度变化和反应产物等关键信息，为研究人员提供多角度、多参量的关键数据。
该装置采用激光悬浮与点火技术，实现了微米级含能颗粒从“稳定悬浮—精准点燃—原位观测”的全链条实验能力。正如《科技日报》所概括的，这一技术路线突破了传统集群燃烧研究的局限，将含能材料燃烧研究从“看一群颗粒”推进到了“看一个颗粒”的精度。
国家级平台的含金量：从项目定位看战略价值
这一实验装置之所以值得关注，不仅在于技术本身，更在于它所承载的国家级项目的战略分量。
该项目属于国家重大科研仪器研制项目，由国家自然科学基金委员会设立，面向科学前沿和国家需求，以科学目标为导向，资助对促进科学发展、探索自然规律和开拓研究领域具有重要作用的原创性科研仪器与核心部件的研制，以提升我国的原始创新能力。
据国家自然科学基金委员会公布的数据，2025年共资助国家重大科研仪器研制项目74项，直接费用约8.5亿元，其中部门推荐类仪器项目平均资助强度约7850万元/项，自由申请类平均资助强度约760万元/项，近三年资助数量呈现逐年上升趋势。作为科学基金单体资助强度最高的项目类型之一，国家重大科研仪器研制项目强调“更加注重科学性”“更加注重先进性”“更加注重自主性”，对原创性科研工作的支撑作用是其核心考量。
此次装置通过结题验收，标志着我国含能材料燃烧研究的基础设施和能力体系迈上了新台阶，也证明项目成果达到了国家层面对“原创性、先进性、自主性”的验收标准。正如项目相关方所言，该装置“面向含能材料基础燃烧机理探索，填补了单颗粒微观燃烧实验手段空白”。
为什么这件事很重要：战略价值与现实意义
从战略层面审视，这一装置的意义是多维度的。
火炸药是国防工业的基石。从枪炮弹丸的发射药、火箭导弹的推进剂，到战斗部装药和各类特种烟火装置，含能材料几乎渗透在所有武器系统的能量输出环节。含能材料的能量密度、燃速控制和燃烧稳定性，直接影响武器装备的射程、精度和毁伤效果。这一实验装置的建成，为高能含能材料的燃烧机理研究提供了前所未有的微观视角，有望加速新一代高性能、高安全性含能材料的研发进程，从源头提升我国国防科技的基础研究能力。
在航天领域，推进剂的燃烧效率决定了运载火箭的性能边界。通过单颗粒微观燃烧观测，研究者可以更精确地揭示含能颗粒在不同压力、气氛和温度条件下的着火延迟、燃烧速率和能量释放规律，为固体推进剂配方优化和新型高能燃料开发提供基础数据支撑。
值得关注的是，依托该装置，研究团队已在含能材料燃烧特性测量和燃烧机理揭示方面取得系列重要成果。今后，研究团队表示将持续深耕基础研究领域，不断提升先进实验装置研制和应用能力，为我国含能材料行业高质量发展提供更加有力的技术支撑。
从更宏观的产业视角看，我国含能材料行业正处在从“经验配方”向“科学设计”转型的关键阶段。过去，受限于微观实验手段的缺失，含能材料的配方优化和性能预测高度依赖经验积累和宏观燃烧试验，研发周期长、试错成本高。单颗粒悬浮燃烧实验装置的建成，为构建“微观机理—介观模型—宏观性能”的全链条研究体系补上了最底层的关键拼图，有助于加速从经验驱动到机理驱动的研究范式转变。
当前，全球含能材料研究正朝着高能量密度、低易损性和环境友好方向发展。单颗粒悬浮燃烧实验装置作为基础研究的高端平台，其通用性和可扩展性使其能够服务于多种含能材料体系的研究需求——从传统硝胺类炸药到新型高氮含能材料，从
铝、硼等高能金属燃料到纳米结构含能
复合材料。
业内人士表示，该装置的建成，不仅打破了我国在单颗粒含能材料微观燃烧研究领域的技术局限，也为新一代含能材料的研发和性能优化提供了全新的实验平台，对推动国防科技与航空航天领域高质量发展具有重要意义。
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