納米AlH 3 與硝基化合物混合體系的理論研究
發(fā)布時間：2021-10-16 16:18
金屬氫化物具有儲氫量大,燃燒熱值高等優(yōu)異特點,有望在含能材料領域取得良好的應用。然而目前有關金屬氫化物在含能材料領域應用的研究還很少,因此作為極具潛力的含能材料組分,研究金屬氫化物與炸藥的相互作用具有重要意義。本文運用計算模擬的方法,系統地研究了典型金屬氫化物的表面性能以及其對幾種常見硝基化合物熱分解性能的影響。首先,應用基于密度泛函理論的第一性原理對氫化鋁（AlH3）,氫化鎂（MgH2）和氫化鋰（LiH）三種金屬氫化物的七種低指數面的表面能以及態(tài)密度進行了計算研究。利用分子動力學模擬的方法研究了氫化鋁與氫化鎂分別與經典炸藥黑索金和梯恩梯的結合能。結果表明AlH3（010）面的表面能為0.72 J m-2,能隙最大,穩(wěn)定性最高。黑索金（RDX）和三硝基甲苯（TNT）均與AlH3（001）面結合強度最大,（001）面較多的H原子與炸藥上的硝基形成了較多的氫鍵,增強了相互作用。其次,運用一種擬合的反應力場對混有AlH3納米顆粒的高活性炸藥RDX進行了分子動力學...
【文章來源】：南京理工大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數】：61 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
（001）面的2.5nm厚的MgH2薄層與
，c=13.131�；趩卧О�，通過增大a、b和c坐標軸（4×4×3單元胞）來建立一個RDX超晶胞作為我們所有模型的結構框架。利用共軛梯度算法優(yōu)化超胞中的RDX結構。然后在NPT系綜下（從1K到300K，105Pa）弛豫20ps進行分子動力學模擬。弛豫后，得到平均密度為1.63gcm-3的更大超胞（4.76nm×4.43nm×4.12nm）。然后分別將半徑為0.68，0.94和1.10nm的AlH3顆粒按4，2，1的個數嵌入具有相應孔徑的弛豫的RDX結構中。在三個混合模型中，RDX分子數均為298，AlH3分子數為188。AlH3顆粒與RDX分子之間真空層的厚度為0.2nm。復合模型結構如圖4.1所示。（a）（b）（c）圖4.1納米AlH3與RDX的復合結構，AlH3顆b分別為0.68（a），0.94（b）和1.10（c）nm。首先對純RDX進行爆炸動力學模擬，然后對3個納米AlH3/RDX復合材料模型進行模擬。模擬每個模型時，初始溫度均為300K，然后以50Kps-1的速率增加至3500K，然后在3500K下持續(xù)模擬50ps。選用NVT系綜，時間步長0.25飛秒。4.3結果和討論4.3.1純RDX晶體的熱分解為了比較參數化ReaxFF力場與原始C/H/O/N力場的差別，我們在同一條件下對純RDX晶體進行了熱分解分子動力學模擬。如圖4.2所示，新ReaxFF模擬RDX熱分解的結果與原始力場的模擬結果一致。RDX在18皮秒左右開始分解，分解溫度約為1100K。NO2作為中間產物最先出現，對應于RDX分子中氮氮鍵的斷裂。這是分解的第一步，與前人的研究結果一致[85]。H2O比N2先生成，因為產生像水這種3原子需要更少的反應步驟，而N2的形成則涉及較復雜的反應機理。隨著溫度的升高，NO2與NO的量逐漸減少，最終N元素主要以N2的穩(wěn)定形式存在。CO2與CO作為穩(wěn)定產物最后產生，而且CO2的量要大于CO。從70皮秒左右開始，CO2的量有緩慢減少的趨勢，預示著水氣交換反應的
。然后在NPT系綜下（1K到298K，105Pa）弛豫20皮秒。從AlH3晶胞中切出一個粒徑3納米的AlH3球，嵌入到上述弛豫后的CL-20超胞中，得到納米AlH3與CL-20的復合體系，如圖5.1所示。然后通過分子動力學模擬納米AlH3/CL-20復合體系在2000K、2500K、3000K、3500K、4000K五種不同溫度下的熱分解，探究溫度對納米AlH3/CL-20熱分解機理的影響。模擬運用正則系綜（NVT）獲得等溫等容體系中動能和勢能的正則分布。首先用100皮秒將體系從300K分別獨立升溫到五個不同溫度，然后保持在相應溫度再模擬100皮秒，時間步長均為0.25飛秒。圖5.1CL-20/AlH3復合結構弛豫模型（截面圖）
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Degradation behaviors of La–Mg–Ni-based metal hydride alloys:structural stability and influence on hydrogen storage performances[J]. Yi-Ming Li,Bao-Yu Duan,Zhuo-Cheng Liu,Yang-Huan Zhang,Hui-Ping Ren. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(09)
[2]基于可再生能源的水電解制氫技術（英文）[J]. 遲軍,俞紅梅. 催化學報. 2018(03)
[3]TKX-50高壓下結構、力學性質及電子特性的第一性原理研究[J]. 宗和厚,張偉斌,李華榮,張蕾. 含能材料. 2018(01)
[4]混合炸藥設計研究進展[J]. 楊志劍,劉曉波,何冠松,李玉斌,聶福德. 含能材料. 2017(01)
[5]高溫下黑索金（RDX）熱分解動力學模擬[J]. 陳芳,張紅,段美玲,王建龍,陳麗珍. 原子與分子物理學報. 2013(06)
[6]MgH2的表面穩(wěn)定性及其解氫熱力學的第一性原理研究[J]. 張健,華熳煜,毛聰,龍春光,周惦武. 中國有色金屬學報. 2013(03)
[7]高能量密度化合物CL-20應用研究進展[J]. 歐育湘,孟征,劉進全. 化工進展. 2007(12)
[8]儲氫材料及其在含能材料中的應用[J]. 張志強,王玉平. 精細石油化工進展. 2006(11)
博士論文
[1]RDX基金屬氫化物混合炸藥爆炸及安全性能研究[D]. 薛冰.中國科學技術大學 2017
碩士論文
[1]金屬氫化物的表面改性及應用研究[D]. 辛靜靜.齊魯工業(yè)大學 2014
本文編號：3440122
【文章來源】：南京理工大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數】：61 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
（001）面的2.5nm厚的MgH2薄層與
，c=13.131�；趩卧О�，通過增大a、b和c坐標軸（4×4×3單元胞）來建立一個RDX超晶胞作為我們所有模型的結構框架。利用共軛梯度算法優(yōu)化超胞中的RDX結構。然后在NPT系綜下（從1K到300K，105Pa）弛豫20ps進行分子動力學模擬。弛豫后，得到平均密度為1.63gcm-3的更大超胞（4.76nm×4.43nm×4.12nm）。然后分別將半徑為0.68，0.94和1.10nm的AlH3顆粒按4，2，1的個數嵌入具有相應孔徑的弛豫的RDX結構中。在三個混合模型中，RDX分子數均為298，AlH3分子數為188。AlH3顆粒與RDX分子之間真空層的厚度為0.2nm。復合模型結構如圖4.1所示。（a）（b）（c）圖4.1納米AlH3與RDX的復合結構，AlH3顆b分別為0.68（a），0.94（b）和1.10（c）nm。首先對純RDX進行爆炸動力學模擬，然后對3個納米AlH3/RDX復合材料模型進行模擬。模擬每個模型時，初始溫度均為300K，然后以50Kps-1的速率增加至3500K，然后在3500K下持續(xù)模擬50ps。選用NVT系綜，時間步長0.25飛秒。4.3結果和討論4.3.1純RDX晶體的熱分解為了比較參數化ReaxFF力場與原始C/H/O/N力場的差別，我們在同一條件下對純RDX晶體進行了熱分解分子動力學模擬。如圖4.2所示，新ReaxFF模擬RDX熱分解的結果與原始力場的模擬結果一致。RDX在18皮秒左右開始分解，分解溫度約為1100K。NO2作為中間產物最先出現，對應于RDX分子中氮氮鍵的斷裂。這是分解的第一步，與前人的研究結果一致[85]。H2O比N2先生成，因為產生像水這種3原子需要更少的反應步驟，而N2的形成則涉及較復雜的反應機理。隨著溫度的升高，NO2與NO的量逐漸減少，最終N元素主要以N2的穩(wěn)定形式存在。CO2與CO作為穩(wěn)定產物最后產生，而且CO2的量要大于CO。從70皮秒左右開始，CO2的量有緩慢減少的趨勢，預示著水氣交換反應的
。然后在NPT系綜下（1K到298K，105Pa）弛豫20皮秒。從AlH3晶胞中切出一個粒徑3納米的AlH3球，嵌入到上述弛豫后的CL-20超胞中，得到納米AlH3與CL-20的復合體系，如圖5.1所示。然后通過分子動力學模擬納米AlH3/CL-20復合體系在2000K、2500K、3000K、3500K、4000K五種不同溫度下的熱分解，探究溫度對納米AlH3/CL-20熱分解機理的影響。模擬運用正則系綜（NVT）獲得等溫等容體系中動能和勢能的正則分布。首先用100皮秒將體系從300K分別獨立升溫到五個不同溫度，然后保持在相應溫度再模擬100皮秒，時間步長均為0.25飛秒。圖5.1CL-20/AlH3復合結構弛豫模型（截面圖）
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Degradation behaviors of La–Mg–Ni-based metal hydride alloys:structural stability and influence on hydrogen storage performances[J]. Yi-Ming Li,Bao-Yu Duan,Zhuo-Cheng Liu,Yang-Huan Zhang,Hui-Ping Ren. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(09)
[2]基于可再生能源的水電解制氫技術（英文）[J]. 遲軍,俞紅梅. 催化學報. 2018(03)
[3]TKX-50高壓下結構、力學性質及電子特性的第一性原理研究[J]. 宗和厚,張偉斌,李華榮,張蕾. 含能材料. 2018(01)
[4]混合炸藥設計研究進展[J]. 楊志劍,劉曉波,何冠松,李玉斌,聶福德. 含能材料. 2017(01)
[5]高溫下黑索金（RDX）熱分解動力學模擬[J]. 陳芳,張紅,段美玲,王建龍,陳麗珍. 原子與分子物理學報. 2013(06)
[6]MgH2的表面穩(wěn)定性及其解氫熱力學的第一性原理研究[J]. 張健,華熳煜,毛聰,龍春光,周惦武. 中國有色金屬學報. 2013(03)
[7]高能量密度化合物CL-20應用研究進展[J]. 歐育湘,孟征,劉進全. 化工進展. 2007(12)
[8]儲氫材料及其在含能材料中的應用[J]. 張志強,王玉平. 精細石油化工進展. 2006(11)
博士論文
[1]RDX基金屬氫化物混合炸藥爆炸及安全性能研究[D]. 薛冰.中國科學技術大學 2017
碩士論文
[1]金屬氫化物的表面改性及應用研究[D]. 辛靜靜.齊魯工業(yè)大學 2014
本文編號：3440122
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