自1867年诺贝尔发明的以代那买特炸药形式存在的硝化甘油商业化以来，高能钝感含能材料得到了空前的发展。但是，美国国防部却一直还在使用一些传统的、半世纪前的含能物质，以满足其战争使用。必须研发新的含能材料，以使美国国防部能够超越关于含能材料的传统思想，转变到战争中的新阶段，保持能够击败所有敌人的杀伤力。
含能材料一般用作炸药和推进剂。某些参数对于决定配方中新含能分子的效能，是十分重要的。例如：对于火箭推进剂配方来说，要求：高密度（ρ）、好的氧平衡（Ω）、高的爆炸/燃烧温度、高的比冲（I sp）；而对于发射药而言，一般要求高的推力和压强、较低的燃烧温度和高的N2/CO气体产物比。
爆热（Q）、爆速（D）和爆压（p）是高能炸药的重要性能参数，从图9.30中可以清晰地看出，自从硝化甘油应用以来，化学炸药的性能一直在明显提高。
经过多年的研究，传统的CHON类炸药的性能提高已十分不易，近年来，含能材料的输出性能的改善只能通过提高生产工艺或加入含能黏合剂来实现，但是对于一些新的含能材料来说，这些方法效果并不明显。因为对传统的硝胺类炸药和硝基芳香类炸药，如TNT、RDX、HMX以及其他一些相似分子来讲，它们有以下3个极限（表9.11）：
图9.30 化学炸药的性能
（1）它们不是富氮化合物，其含氮含量往往小于50%；
（2）氧平衡偏离零较大；
（3）配方（一系列高能炸药的混合物）被要求实现一个好的氧平衡。
表9.11 传统高能化合物的氮含量（N）和氧平衡（Ω）的关系
富氮分子因其含有高能的N—N键而被用作含能物质。氧平衡的定义为氧气使用的百分率，即氧化反应后剩余的氧，可以是正或负。氧平衡趋近于零的含能材料是最典型的，但事实并不总是如此，因为所有的氧被用于反应中，则是更有效的含能材料。氧平衡可通过添加组分进行调整，使得整个配方的氧平衡趋近于零。
研究人员已经意识到CHNO基分子的能量极限。研究需要超出这种思维方式，探索不同分子结构和分子组成，来实现物质性能的大幅度提高，以满足未来战斗系统的需求。早期研究表明高氮含量材料与含碳骨架材料相比，其具有很多优点，包括明显提高含能物质的潜能。高氮含量分子（＞50%）的研究表明，其可用能量可大幅增加。第一代高氮化合物，如偶氮四唑肼盐（HZT）和偶氮四唑三氨基胍盐（TAGZT）（图9.31），确实满足高氮的标准，并被证明是非常可取的、低腐蚀的火药组分（图4.4a），然而由于其不太好的氧平衡，该类化合物不适合用在高能炸药组分中（表9.12）。
图9.31 HZT和TAGZT的化学结构
表9.12 高氮化合物的氮含量（N）和氧平衡（Ω）的关系
图9.32 由DAGL合成1-BTO（上）以及由BTO合成TKX-50和ABTOX（下）
第二代改进氧平衡的高氮化合物，如TKX-50和ABTOX（图9.32），兼有高氮和较好氧平衡特点（表9.12），因此，这些化合物适用于高能炸药组分。而且，氧平衡接近于零的材料也用作可固体火箭推进剂中含能组分。如果比冲增加20 s，其有效载荷或有效射程就会增加约100%。图9.33列出了传统含能化合物和高氮炸药的性能参数。
至于TKX-50，其计算和预测的性能值不仅超过了第一代高氮化合物（如HZT），也超过了RDX和HMX的性能参数（图9.33）。
图9.33 传统含能化合物和高氮炸药的性能参数
未来的研究放在更高能量、高氮含量、高氧含量，有高爆轰参数的炸药，满足所有武器系统杀伤力的需求。新的含能物质应能提供比RDX多出几倍的能量。此外，这些材料将有高能量密度以及高的活化能。
由于这样的可能性，美国国防部将发展含能材料的新应用，并极大地提高当前武器弹药的性能。下一代含能材料性能的增加将使美国国防部能够以较少的武器弹药和较少的含能材料，来实现相同的战略目标。能量输出的增加能够应用在弹药系统上，其仅需要较少量的含能材料，即可以提供相同的有效载荷或推力。这将使得工程师们把含能材料用于前所未有的弹药领域。
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