發(fā)布時(shí)間：2020-11-05 01:17

　　 為滿足鈍感高能炸藥的急切需求,共晶技術(shù)已成為含能材料改性研究的熱點(diǎn)。CL-20與HMX是當(dāng)前兩種能量較突出的單質(zhì)猛炸藥,然而較高的機(jī)械感度限制了其廣泛應(yīng)用,因此提高它們的安全性具有重要意義。本文基于超分子形成規(guī)律和共晶原理,以NQ為鈍感配體先后設(shè)計(jì)了CL-20/NQ與HMX/NQ的復(fù)合結(jié)構(gòu)模型和共晶模型,并分別從密度泛函理論和分子動(dòng)力學(xué)方法兩方面對(duì)其結(jié)構(gòu)、性能、分子比例及晶型進(jìn)行了分析預(yù)測(cè),為鈍感高能共晶含能材料的設(shè)計(jì)提供了新的方法和思路。其主要的工作如下:(1)根據(jù)超分子形成規(guī)律設(shè)計(jì)了CL-20/NQ、HMX/NQ的全優(yōu)化復(fù)合構(gòu)型,并采用電子密度拓?fù)�、約化密度梯度、電荷轉(zhuǎn)移和NBO方法對(duì)其結(jié)構(gòu)以及分子間作用進(jìn)行了分析,結(jié)果表明CL-20/NQ與HMX/NQ兩種共晶的形成會(huì)基于一系列N–H···O、C–H···O和C–H···N的氫鍵以及少量O···O或N···O等色散力的相互作用,并且在這幾種分析方法的結(jié)果中得到了相互印證。此外通過對(duì)比能量和約化密度梯度的分析結(jié)果可知,HMX/NQ共晶的分子間作用力大于CL-20/NQ共晶,即前者在結(jié)構(gòu)上更容易形成共晶。(2)通過對(duì)各復(fù)合構(gòu)型引發(fā)鍵和分子表面靜電勢(shì)的對(duì)比,預(yù)測(cè)了兩種共晶的感度與爆速,結(jié)果表明:CL-20/NQ共晶的感度低于CL-20,爆速大于HMX;HMX/NQ共晶的感度低于HMX,爆速遠(yuǎn)大于NQ,達(dá)到預(yù)期改性目的。(3)根據(jù)共晶原理設(shè)計(jì)了不同分子比例下的CL-20/NQ、HMX/NQ共晶模型,并研究了它們的結(jié)合能、徑向函數(shù)分布和力學(xué)性能,結(jié)果表明:CL-20與NQ在5:7和1:1比例共晶結(jié)構(gòu)具有較大的結(jié)合能且相互作用較大,但是在5:7時(shí)的力學(xué)性能并不理想,即在感度方面具有不確定因素;HMX與NQ在1:1時(shí)的共晶結(jié)構(gòu)具有較大的結(jié)合能和相互氫鍵作用,且力學(xué)性能良好。(4)綜合考慮了兩種共晶含能材料的較優(yōu)復(fù)合構(gòu)型和分子比例,并對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了預(yù)測(cè),結(jié)果表明:CL-20/NQ共晶晶型是單斜晶系(P21/c),a=1.398nm,b=1.409nm,c=0.952nm,α=γ=90.00°,β=93.85°,V=1.871nm3,Z=4;HMX/NQ的共晶晶型是單斜晶系(P21),a=2.264nm,b=0.420nm,c=0.798nm,α=γ=90.00°,β=103.00°,V=0.739nm3,Z=2。
【學(xué)位單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TQ560.6
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 共晶理論
        1.2.1 共晶的定義
        1.2.2 含能材料共晶的設(shè)計(jì)
    1.3 國內(nèi)外含能材料共晶的研究進(jìn)展
        1.3.1 國內(nèi)研究
        1.3.2 國外研究
    1.4 本論文研究的目的與內(nèi)容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究?jī)?nèi)容
2 計(jì)算方法與原理
    2.1 量子化學(xué)
    2.2 分子間作用計(jì)算方法
        2.2.1 分子中的原子（Atoms In Molecules，AIM）
        2.2.2 約化密度梯度（Reduced Density Gradient，RDG）
        2.2.3 自然鍵軌道（Natural Bond Orbital，NBO）
    2.3 分子力學(xué)
    2.4 分子動(dòng)力學(xué)
3 CL-20/NQ共晶含能材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.1 計(jì)算方法
    3.2 共晶構(gòu)型設(shè)計(jì)與分子間作用本質(zhì)研究
        3.2.1 幾何構(gòu)型
        3.2.2 能量分析
        3.2.3 電子密度拓?fù)浞治?br>        3.2.4 約化密度梯度（RDG）分析
        3.2.5 電荷分布與轉(zhuǎn)移
        3.2.6 自然鍵軌道（NBO）分析
    3.3 感度和爆速分析
        3.3.1 引發(fā)鍵分析
        3.3.2 表面靜電勢(shì)（ESP）分析
    3.4 小結(jié)
4 HMX/NQ共晶含能材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    4.1 計(jì)算方法
    4.2 共晶構(gòu)型設(shè)計(jì)與分子間作用本質(zhì)研究
        4.2.1 幾何構(gòu)型
        4.2.2 能量分析
        4.2.3 電子密度拓?fù)浞治?br>        4.2.4 約化密度梯度（RDG）分析
        4.2.5 電荷分布與轉(zhuǎn)移
        4.2.6 自然鍵軌道（NBO）分析
    4.3 感度和爆速分析
        4.3.1 引發(fā)鍵分析
        4.3.2 表面靜電勢(shì)（ESP）分析
    4.4 小結(jié)
5 CL-20/NQ、HMX/NQ共晶的分子比例設(shè)計(jì)及晶型預(yù)測(cè)
    5.1 CL-20/NQ共晶的分子比例設(shè)計(jì)
        5.1.1 計(jì)算方法
        5.1.2 晶體生長(zhǎng)面預(yù)測(cè)
        5.1.3 平衡判別與結(jié)合能分析
        5.1.4 徑向分布函數(shù)分析
        5.1.5 力學(xué)性能分析
    5.2 HMX/NQ共晶的分子比例設(shè)計(jì)
        5.2.1 計(jì)算方法
        5.2.2 晶體生長(zhǎng)面預(yù)測(cè)
        5.2.3 平衡判別與結(jié)合能分析
        5.2.4 徑向分布函數(shù)分析
        5.2.5 力學(xué)性能分析
    5.3 CL-20/NQ與HMX/NQ共晶的晶型預(yù)測(cè)
        5.3.1 計(jì)算方法
        5.3.2 CL-20/NQ的共晶晶型
        5.3.3 HMX/NQ的共晶晶型
    5.4 小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
附錄
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士期間所取得的成果
致謝

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本文編號(hào)：2870896