含能材料在國防安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展等眾多領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用。一直以來關(guān)于含能材料分子的研究都集中于如何在保證安全性的前提下提高爆轟性。含能材料分子主要是基于CHON組成的有機(jī)分子,不僅存在分子間的非鍵弱作用又有分子內(nèi)強(qiáng)鍵作用,而且兩者還存在強(qiáng)耦合相互作用。本論文將拓展冰水的氫鍵協(xié)同弛豫理論,結(jié)合高溫高壓拉曼光譜、差分聲子譜學(xué)探究含能材料中的分子間與分子內(nèi)鍵合作用機(jī)制。以及通過擴(kuò)展格林奈森參數(shù)將聲子頻移與壓縮系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、比熱、平衡鍵長、原子內(nèi)聚能和單鍵的鍵能密度聯(lián)系起來,為調(diào)控含能材料分子感度和猛度提供可能的理論指導(dǎo)。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:（1）NM/H₂O混合溶液分子間的鍵合作用:基于氫鍵分段協(xié)同弛豫理論、分子強(qiáng)極化和差分聲子譜學(xué)方法,結(jié)合拉曼光譜、相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）和超快布里淵區(qū)散射技術(shù),探究了氫鍵分段弛豫理論在NM/H₂O水合溶液氫鍵結(jié)構(gòu)中的適用性,以及分子間強(qiáng)極化作用導(dǎo)致NM和H₂O特征振動模式的頻移變化。此外,通過對比各特征振動模式聲子壽命的大小,溶質(zhì)和溶劑聲速的大小,明確了分子間鍵合... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

含能材料基因組(CHNO)與生物基因組組成對照含能材料通常是由CNOH為基礎(chǔ)原子形成的有機(jī)化合物，如圖1.1所示

躉?淄欏⒎腫尤畢鶯涂瘴壞募跎儼蛔鬩雜跋旆腫蛹し⑻?娜炔季幀?在這些條件下，分子會重新排列，使得分子發(fā)生幾何畸變。這很方便分子沿著C—N鍵軸運(yùn)動，可以最小化調(diào)整分子上的應(yīng)力。美國高能材料研究實(shí)驗(yàn)室，研究了NM的沖擊加熱機(jī)理、反應(yīng)區(qū)形成機(jī)理、熱點(diǎn)形成機(jī)理、半金屬層形成機(jī)理和射流引發(fā)機(jī)理。闡明了反應(yīng)區(qū)的光學(xué)特性、沖擊波曲率、沖擊波的變幅和敏化劑對起爆硝基甲烷的影響。以及NM粉體與DETA、EDA、甲醇、三硝基苯、氨水、二氧化硅、碳化硼等添加劑的混合物，介紹了超爆現(xiàn)象、爆轟極限和爆轟特性參數(shù)[39]。圖1.2CH3NO2熱解反應(yīng)過程示意圖硝基化合物分子通常具有偶極-偶極和分子間氫鍵相互作用。硝基甲烷是含能材料中分子間相互作用和激波反應(yīng)的液體材料之一，其在激波壓縮發(fā)展研究較多。NM在靜態(tài)條件下的爆轟壓力和溫度，分別為13GPa和2000K。在17GPa下觀察到逐步?jīng)_擊載荷的實(shí)質(zhì)性反應(yīng)[60,61]。在硝基甲烷中，無論是氫鍵的形成還是NM反應(yīng)的發(fā)生，硝基基團(tuán)都起著關(guān)鍵作用。哈佛大學(xué)和劍橋大學(xué)學(xué)者研究了靜壓和分子空位對典型固體硝基甲烷晶體結(jié)構(gòu)、原子構(gòu)型和電子結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)現(xiàn)對晶體施加壓力并不會導(dǎo)致與硝基彎曲相關(guān)的帶隙急劇減小問題。為了緩解外部施加的壓力，硝基和甲基會發(fā)生一定程度的旋轉(zhuǎn)變化。另一方面，爆炸前的化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈地依賴于壓力導(dǎo)致的各向異性。有研究人員利用分子動力學(xué)和ReaxFF反應(yīng)立場研究硝基甲烷對沖擊載荷的熱機(jī)械、化學(xué)和光譜響應(yīng)。闡明了最初的分解主要是產(chǎn)生硝基甲烷的雙分子反應(yīng)，這與在高壓下單分子反應(yīng)減少的實(shí)驗(yàn)觀察一致[62-64]。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)同步輻射中心，研究了硝基甲烷的熱解和氧化的動力學(xué)過程。根據(jù)敏感性分析，漫游介導(dǎo)的異聚反應(yīng)是熱解過程中最重要的促進(jìn)步驟，其中C—

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文71.3所示。圖1.3金剛石高壓示意圖DAC現(xiàn)在的廣泛應(yīng)用，部分是由于紅寶石熒光法在壓力測試和應(yīng)力表征方面的可用性[96-100]。這種光學(xué)壓力傳感方法在概念和技術(shù)上的簡單性繼續(xù)吸引著越來越多的用戶使用DAC進(jìn)行基于實(shí)驗(yàn)室的高壓研究，在同步加速器光源的高壓實(shí)驗(yàn)中，使用紅寶石探頭進(jìn)行壓力測量仍然是最常用的技術(shù)。紅寶石是一種含鉻的紅色剛玉。鉻摻雜剛玉會導(dǎo)致基體晶格的輕微膨脹，結(jié)構(gòu)高度細(xì)化，晶格變形幾乎是各向異性，因此可以作為定壓標(biāo)準(zhǔn)[101-105]。對于液體樣品，不需要傳壓介質(zhì)，液體本身具有流動性，在受到壓縮刺激時(shí)，由于存在各向同性，不會在樣品中產(chǎn)生單軸應(yīng)力和應(yīng)變，因此液體材料自身為傳壓介質(zhì)。而對于固體物質(zhì)而言，為了保護(hù)金剛石和樣品，需要放入傳壓介質(zhì)。如果測試非靜水壓的樣品時(shí)，需要用樣品將壓力腔體完全填充，并進(jìn)行多次壓縮，確保腔體中的孔隙最小，樣品密實(shí)度大。而對于靜水壓而言，測試中需要傳壓介質(zhì)，如硅油，甲乙醇混合液等物理性質(zhì)優(yōu)良的傳壓介質(zhì)。壓力誘導(dǎo)在固態(tài)含能材料熱分解機(jī)理和動力學(xué)中的作用是非常重要的。壓力作用能加速異相和氣相反應(yīng)，并能抑制體積增大。含能材料對于刺激響應(yīng)的機(jī)理，國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究[106]。美國伊利諾大學(xué)的Dloot[107,108]和國內(nèi)的中國工程物理研究院利用超快飛秒光譜技術(shù)對典型含能材料進(jìn)行了研究，獲得了不同含能材料的不同特征振動模式的聲子壽命。通過對振動模式的激發(fā)，探測振動激發(fā)態(tài)的振動動力學(xué)，明確鍵激發(fā)導(dǎo)致含能分子爆炸的過程。熱分析是在高溫下對試樣進(jìn)行物理和化學(xué)反應(yīng)機(jī)制分析的重要手段。物質(zhì)在受熱過程中發(fā)生化學(xué)和物理性能的變化，通過研究物理和化學(xué)性質(zhì)在溫度下變化規(guī)律，可以探索物質(zhì)宏觀現(xiàn)象和微觀結(jié)構(gòu)之間?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3371441