發(fā)布時(shí)間：2020-08-12 16:31

【摘要】：在含能材料領(lǐng)域,共晶技術(shù)作為一種新的炸藥改性方法受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注。CL-20是當(dāng)前已使用的能量較高的單質(zhì)炸藥,但由于其感度較高嚴(yán)重限制了其廣泛使用,將CL-20與其他鈍感炸藥結(jié)合形成共晶炸藥能夠有效提高它的安全性,對(duì)其投入大量使用具有重要意義。本文通過(guò)量子化學(xué)密度泛函理論(DFT)和分子動(dòng)力學(xué)(MD)方法研究了溶劑極性、摩爾比對(duì)CL-20/TNT和CL-20/MDNI共晶炸藥形成及晶體形貌的影響,為鈍感高能共晶炸藥的設(shè)計(jì)、制備、形貌控制提供了新的方法和思路。主要工作如下:(1)首次構(gòu)建了一個(gè)溶劑極性影響下的CL-20/TNT共晶-溶劑界面模型來(lái)研究溶劑極性對(duì)共晶炸藥形成及晶體形貌的影響。選用六種不同極性的溶劑,即,正庚烷、甲苯、乙醇、乙腈、甲醇和二甲亞砜。CL-20/TNT共晶在真空中形貌由四個(gè)主要生長(zhǎng)面控制:分別為(002)、(111)、(020)和(021)。分子表面靜電勢(shì)分析表明CL-20/TNT共晶晶面都可被分為極性表面。溶劑性質(zhì)(如,極性,介電常數(shù),相對(duì)分子質(zhì)量等)對(duì)CL-20/TNT共晶形成及形貌產(chǎn)生重要影響。結(jié)合能和相互作用能分析表明:CL-20/TNT共晶更容易在中等極性的溶劑(乙醇和乙腈)中形成。模擬出的CL-20/TNT共晶在乙醇溶劑中的晶體形貌與實(shí)驗(yàn)已制備出的較為相近。這證明了該方法正確可行。此外,溶劑共結(jié)晶是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,溶劑的影響不僅可以抑制特定面的晶體生長(zhǎng),也可以促進(jìn)其生長(zhǎng)。徑向分布(RDF)分析表明,共晶面與溶劑層之間存在分子間弱相互作用。(2)通過(guò)MD方法研究了共晶組分的不同摩爾比對(duì)CL-20/MDNI共晶形成的影響。計(jì)算出各個(gè)比例下共晶炸藥的性質(zhì),包括:結(jié)合能,RDF,力學(xué)性能,觸發(fā)鍵鍵長(zhǎng)和鍵解離能等。結(jié)果表明,CL-20/MDNI在摩爾比為3:2和1:1時(shí)更容易形成共晶,且其爆轟性能和穩(wěn)定性更好;力學(xué)性能表明摩爾比為3:2時(shí)共晶材料的彈性和延展性顯著增強(qiáng);DFT分析表明CL-20和MDNI分子間氫鍵的形成使共晶炸藥X-NO_2觸發(fā)鍵增強(qiáng),CL-20的安全性增高。(3)計(jì)算出摩爾比為1:1時(shí)的CL-20/MDNI共晶屬于單斜晶系(Pna2_1空間群),晶胞參數(shù)為:a=16.00?,b=11.07?,c=11.07?,α=β=γ=90°,其在真空中共有八個(gè)主要生長(zhǎng)面。(200)面最粗糙。分子表面靜電勢(shì)分析表明這些面都可被分為極性面。相互作用能分析表明,CL-20/MDNI共晶更容易在乙醇和乙腈中形成,且(111)和(11-1)晶面與溶劑分子之間的相互作用更強(qiáng)。通過(guò)MAE模型計(jì)算出的CL-20/MDNI共晶形貌在乙醇溶液中更好,呈棱柱形,其縱橫比為2.75。RDF分析表明,CL-20/MDNI共晶面上的氫原子和溶劑分子氧原子之間存在氫鍵、vdW相互作用。而共晶面的氧原子與溶劑分子的氫原子之間只存在氫鍵相互作用,且(110)和(200)面與溶劑分子之間的氫鍵作用比其它晶面更強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ560.1
【圖文】：

表面特性十分重要。CL-20/TNT 共晶形態(tài)重要性面的分子排列見(jiàn)圖 2.1。很顯1)面比其他三個(gè)面更粗糙。參數(shù) S 能被用來(lái)描述表面特性，它表示溶劑可接觸和相對(duì)應(yīng)表面表面積 Ahkl的比值。CL-20/TNT-溶劑界面模型的 S 值見(jiàn)表 2.4。可知，(021)面有最大的 S 值 1.83，表明該共晶面較粗糙。(111)和(020)面有相似分別為：1.63 和 1.67。(002)面是相對(duì)平坦的，因?yàn)樗凶钚〉?S 值 1.38。一般溶劑分子與對(duì)應(yīng)晶面相互作用越強(qiáng)，S 值越大。由此可知，溶劑分子對(duì)(021)面。

如圖 2.2 所示，對(duì)于硝基官能團(tuán)，分子表面靜電勢(shì)有大塊兒藍(lán)色區(qū)域，表明硝基很強(qiáng)的負(fù)極性；甲基展示出弱極性因?yàn)?CL-20/TNT 共晶表面上甲基官能團(tuán)的靜電近白色。然而，對(duì)于 CL-20 籠型環(huán)上的氫原子，顯著的紅色區(qū)域能夠被觀察到，指籠型環(huán)上的氫原子展示出正極性。因此，這些表面能夠分為極性表面由于暴露出的官能團(tuán)或原子。

中北大學(xué)學(xué)位論文15由圖2.3可知，P1和Ea之間存在近似的拋物線關(guān)系：Ea=a P13+b P12+c P1。(002), (111), (020)和(021)面的決定系數(shù) R2分別為 0.92，0.95，0.95 和 0.94，表明每個(gè)面的 P1和 Ea有很好的拋物線關(guān)系。以(002)面為例，在低極性溶劑中(庚烷和甲苯)，Ea值隨溶劑極性的增加而降低(變得更負(fù))；當(dāng)處于中等極性溶劑之間時(shí)，Ea值達(dá)到拋物線的最底端(Ea值最小)；隨后隨著極性的增加

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 周陽(yáng);龍新平;王欣;舒遠(yuǎn)杰;田安民;;高氮含能化合物的研究新進(jìn)展[J];含能材料;2006年04期

2 王振宇;國(guó)外近年研制的新型不敏感單質(zhì)炸藥[J];含能材料;2003年04期

本文編號(hào)：2790769