金屬氫化物具有儲(chǔ)氫量大,燃燒熱值高等優(yōu)異特點(diǎn),有望在含能材料領(lǐng)域取得良好的應(yīng)用。然而目前有關(guān)金屬氫化物在含能材料領(lǐng)域應(yīng)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(yùn)用計(jì)算模擬的方法,系統(tǒng)地研究了典型金屬氫化物的表面性能以及其對(duì)幾種常見(jiàn)硝基化合物熱分解性能的影響。首先,應(yīng)用基于密度泛函理論的第一性原理對(duì)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(shù)面的表面能以及態(tài)密度進(jìn)行了計(jì)算研究。利用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法研究了氫化鋁與氫化鎂分別與經(jīng)典炸藥黑索金和梯恩梯的結(jié)合能。結(jié)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(jié)合強(qiáng)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(qiáng)了相互作用。其次,運(yùn)用一種擬合的反應(yīng)力場(chǎng)對(duì)混有AlH₃納米顆粒的高活性炸藥RDX進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)... 

【文章來(lái)源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

（001）面的2.5nm厚的MgH2薄層與

，c=13.131。基于單元晶胞，通過(guò)增大a、b和c坐標(biāo)軸（4×4×3單元胞）來(lái)建立一個(gè)RDX超晶胞作為我們所有模型的結(jié)構(gòu)框架。利用共軛梯度算法優(yōu)化超胞中的RDX結(jié)構(gòu)。然后在NPT系綜下（從1K到300K，105Pa）弛豫20ps進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)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(gè)數(shù)嵌入具有相應(yīng)孔徑的弛豫的RDX結(jié)構(gòu)中。在三個(gè)混合模型中，RDX分子數(shù)均為298，AlH3分子數(shù)為188。AlH3顆粒與RDX分子之間真空層的厚度為0.2nm。復(fù)合模型結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。（a）（b）（c）圖4.1納米AlH3與RDX的復(fù)合結(jié)構(gòu)，AlH3顆b分別為0.68（a），0.94（b）和1.10（c）nm。首先對(duì)純RDX進(jìn)行爆炸動(dòng)力學(xué)模擬，然后對(duì)3個(gè)納米AlH3/RDX復(fù)合材料模型進(jìn)行模擬。模擬每個(gè)模型時(shí)，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(shí)間步長(zhǎng)0.25飛秒。4.3結(jié)果和討論4.3.1純RDX晶體的熱分解為了比較參數(shù)化ReaxFF力場(chǎng)與原始C/H/O/N力場(chǎng)的差別，我們?cè)谕粭l件下對(duì)純RDX晶體進(jìn)行了熱分解分子動(dòng)力學(xué)模擬。如圖4.2所示，新ReaxFF模擬RDX熱分解的結(jié)果與原始力場(chǎng)的模擬結(jié)果一致。RDX在18皮秒左右開(kāi)始分解，分解溫度約為1100K。NO2作為中間產(chǎn)物最先出現(xiàn)，對(duì)應(yīng)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(jié)果一致[85]。H2O比N2先生成，因?yàn)楫a(chǎn)生像水這種3原子需要更少的反應(yīng)步驟，而N2的形成則涉及較復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)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(chǎn)物最后產(chǎn)生，而且CO2的量要大于CO。從70皮秒左右開(kāi)始，CO2的量有緩慢減少的趨勢(shì)，預(yù)示著水氣交換反應(yīng)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(gè)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(fù)合體系，如圖5.1所示。然后通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬納米AlH3/CL-20復(fù)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(duì)納米AlH3/CL-20熱分解機(jī)理的影響。模擬運(yùn)用正則系綜（NVT）獲得等溫等容體系中動(dòng)能和勢(shì)能的正則分布。首先用100皮秒將體系從300K分別獨(dú)立升溫到五個(gè)不同溫度，然后保持在相應(yīng)溫度再模擬100皮秒，時(shí)間步長(zhǎng)均為0.25飛秒。圖5.1CL-20/AlH3復(fù)合結(jié)構(gòu)弛豫模型（截面圖）

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017

碩士論文
[1]金屬氫化物的表面改性及應(yīng)用研究[D]. 辛靜靜.齊魯工業(yè)大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3440122