【摘要】：當(dāng)前含能材料研究的主要目的是尋找具有更高爆炸性能、更低感度的新型高能密度化合物。近年來(lái),由于環(huán)狀和籠狀化合物具有張力高、密度大、燃燒時(shí)能夠釋放出更多的能量而受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文采用密度泛函理論方法(DFT),計(jì)算了以環(huán)烷烴和五棱柱為母體的兩類化合物的爆炸性能和穩(wěn)定性,并與傳統(tǒng)的含能化合物作對(duì)比,從中篩選出爆炸性能和穩(wěn)定性都較好的高能密度化合物。本文的主要內(nèi)容如下:1.環(huán)烷烴衍生物以環(huán)丙烷(C3H6)、環(huán)丁烷(C4H8)、環(huán)戊烷(C5H10)、環(huán)己烷(C6H12)、環(huán)庚烷(C7H14)和環(huán)辛烷(C8H16)為母體,用硝銨基團(tuán)完全取代這些環(huán)烷烴上的氫原子,設(shè)計(jì)了六個(gè)環(huán)烷烴衍生物。計(jì)算了這些化合物的生成熱、晶體結(jié)構(gòu)、爆炸性能及穩(wěn)定性。采用等鍵反應(yīng)計(jì)算了環(huán)烷烴衍生物的生成熱,發(fā)現(xiàn)這些化合物具有較大的生成熱,并且生成熱與取代基數(shù)目之間存在很好的線性關(guān)系,符合基團(tuán)增加規(guī)則。用Dreiding力場(chǎng)預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)化合物的晶體結(jié)構(gòu)�；陬A(yù)測(cè)的晶體密度,用Kamlet-Jacobs方程估算它們的爆速和爆壓。與傳統(tǒng)的含能材料相比,所設(shè)計(jì)的化合物具有更高的爆炸性能。通過(guò)分析最弱鍵的鍵解離能和撞擊感度判斷化合物的穩(wěn)定性。這些化合物的鍵解離能都大于80 kJ mol-1,達(dá)到了高能密度化合物穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)。綜合爆炸性能和穩(wěn)定性,硝銨基取代的環(huán)丙烷、環(huán)丁烷、環(huán)戊烷、環(huán)庚烷和環(huán)辛烷這五種化合物可能成為潛在的高能密度化合物。2.五棱柱烷衍生物優(yōu)化了硝基、亞硝基、氰基、疊氮基、氨基、硝銨基和氧酯基取代的五棱柱烷衍生物的幾何結(jié)構(gòu),并計(jì)算了它們的生成熱、晶體結(jié)構(gòu)、爆炸性能及穩(wěn)定性。結(jié)果表明引入不同取代基對(duì)生成熱的影響是不同的,其中引入疊氮基和氰基能夠極大提高五棱柱烷的生成熱。根據(jù)Kamlet-Jacobs方程計(jì)算的爆炸性能可知:硝基和硝銨基取代的化合物具有更高的爆炸性能,達(dá)到高能密度材料的要求。鍵解離能的計(jì)算結(jié)果表明這些化合物都具有很好的穩(wěn)定性�；诒ㄐ阅芎头�(wěn)定性的綜合分析,篩選出硝基和硝銨基取代的棱柱烷作為潛在的高能密度化合物,并預(yù)測(cè)了它們的晶體結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ560.1

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