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现代武器系统的不断发展,对高能量密度材料不断提出更高的要求。高能量密度材料对下述领域有着至关重要的作用,它们正在等待着高能量密度材料的研究成果：
（1）使导弹\火箭射程更远的高性能推进剂；
（2）杀伤破坏能力更大的战斗部炸药装药；
（3）提高对装甲穿透能力的高性能聚能装药；
（4）对潜艇结构造成更大破坏能力的水下炸药；
（5）提高火炮射程和对目标破坏能力的高性能火炮发射药；
（6）高度钝感和抗威胁核武器组件用炸药；
（7）高性能引爆起动装置；
（8）航天用高性能运载火箭的轨道转移飞行器；
（9）新型高速动能杀伤飞行器[3]。
围绕武器性能的发展,高能量密度材料必须满足武器性能相互关联的各方面的要求。新的高能量密度材料不但应具有高能量密度,还应具有低目标特征（主要用于推进系统时）、低危险性,并应具有高稳定性、可使用性以及贮存运输时的可靠性。
高能量密度材料研究的关键技术课题包括：
•不敏感高能材料；
•炸药应用,包括增强爆炸威力、破片能量以提高战斗部和鱼雷杀伤能力的高性能炸药以及增强锥形装药射流以提高对付硬目标穿透能力的高性能炸药；
•推进剂\发射药应用,包括高性能、低目标特征、低危险性、高可靠性的导弹\火箭推进剂,航天用高性能无毒推进系统以及高性能低目标特征LOVA火炮发射药。
高能量密度材料的研究内容十分广泛,包括新材料的合成,配方优化,性能测定,应用研究等各个领域,以及工作性能、危险性、目标特征和稳定性等特性研究与综合评估,还包括合成化学理论,燃烧理论,爆轰物理,爆轰化学等基础科学领域[4]。
HEDM至今未有统一的定义,一般要求为能量性能优于HMX(密度>2.0g/cm3,爆速>9km/s,爆压>40GPa)；安定性和感度与TATB(三氨基三硝基苯)相当,但实际工作中通常将能量密度显著高于现行推进剂组分的都称为高能量密度材料。HEDM近中期的开发重点以多氮和由弱共价键、具有高张力形态的化合物为特色；远期则将是发生重大革命性变革的模式。
美国高能量密度材料(HEDM)计划始于20世纪80年代,目的是系统地开发能量密度更高的新型推进剂、炸药和火工品,显著地提高导弹武器和航天推进系统效能。HEDM于1990年单独列入美国国防关键技术计划。1996年,美国国防部又提出“集成高性能火箭推进技术”(IHPRPT)计划。HEDM计划的影响是全球性的,前苏联也曾有一个庞大计划,基础研究工作十分深入；欧洲13国于1989年提出长期防务合作倡议,其中第14项即为含能材料,另外还有关于导弹推进和非商业推进新组分研究的R计划和T计划；日本防卫厅也将HEDM纳入了未来防卫技术发展的四大基础技术；其它国家如以色列、澳大利亚、加拿大、印度等国家也均在积极开展研究工作。
高能量密度材料的开发主要集中在以下几个方面：张力环化合物和笼形化合物、氮杂环化合物、无环化合物、氮簇和氧簇分子、激发态材料。上述的5类HEDM材料大致可以分成3个层次。张力环和笼形化合物、氮杂环化合物、无环化合物可划为第1层次,是近期内开发的重点。氮簇、氧簇分子属于第2层次,美国的研究工作已有一些进展,并已在N5+的合成上打开了突破口。这类HEDM能量极高,但稳定性比较差,合成工艺也比较难,在推进剂中应用可能要更长时间,是中期开发重点。亚稳态材料、金属氢和核异构体属于第3层次,开发前景十分诱人,但从目前的理论水平和实验手段来看是可望而不可及的,应当看作为远期目标。
本章主要将氮杂环化合物、张力环化合物、笼形化合物及氮簇和氧簇分子做简单介绍[5]。