本文關(guān)鍵詞：液相含能材料分子形變及功能團(tuán)旋轉(zhuǎn)的超快動(dòng)力學(xué)研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 相干反斯托克斯拉曼光譜 含能材料 分子形變 功能團(tuán) 硝基甲烷 硝基苯

【摘要】：含能材料在國防軍事和經(jīng)濟(jì)建設(shè)等諸多領(lǐng)域都發(fā)揮著非常重要的作用。為了設(shè)計(jì)和制備具有特殊性能的含能材料并評(píng)估其安全性、可靠性,需要詳細(xì)了解其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程以及化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。盡管國內(nèi)外的研究人員在此方面進(jìn)行了大量的研究工作,但是對(duì)含能材料微觀反應(yīng)機(jī)制的認(rèn)識(shí)還很不統(tǒng)一。其原因是從原子分子層面對(duì)凝聚相含能材料反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的理論模擬研究較多,而大部分實(shí)驗(yàn)工作還限制在氣相分子解離產(chǎn)物的探測(cè)或者宏觀爆轟過程的觀測(cè)與分析等方面,對(duì)凝聚相含能材料微觀機(jī)制反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究不足,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果無法相互支撐。目前在實(shí)驗(yàn)研究方面缺乏對(duì)含能材料分子在外界能量作用下的分子形變、功能團(tuán)旋轉(zhuǎn)、分子內(nèi)振動(dòng)能量耦合的實(shí)驗(yàn)研究,而這些研究對(duì)于了解含能材料反應(yīng)的微觀機(jī)制起到至關(guān)重要的作用。本論文采用非共振強(qiáng)泵浦時(shí)-頻分辨寬帶相干反斯托克斯拉曼(CARS)光譜技術(shù),研究了強(qiáng)激光場(chǎng)條件下液相硝基苯和硝基甲烷兩種含能材料分子在電子基態(tài)上的分子動(dòng)力學(xué)過程。目的是獲得含能材料分子受振動(dòng)激發(fā)后在電子基態(tài)上的動(dòng)力學(xué)過程及相關(guān)參數(shù),如分子形變以及振動(dòng)模式之間的耦合等超快動(dòng)力學(xué)過程,分子發(fā)生形變的弛豫時(shí)間、功能團(tuán)旋轉(zhuǎn)等物理參量,為構(gòu)建微觀分子反應(yīng)模型、預(yù)測(cè)反應(yīng)通道提供實(shí)驗(yàn)支持。本論文給出了非共振強(qiáng)光驅(qū)動(dòng)分子準(zhǔn)直和形變的物理機(jī)制,設(shè)計(jì)了“強(qiáng)泵浦時(shí)-頻分辨寬帶CARS光譜”的技術(shù)方案,對(duì)液相硝基甲烷進(jìn)行了測(cè)試性實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)泵浦光能量高于一定值時(shí)CARS光譜發(fā)生窄化,通過分析認(rèn)為強(qiáng)泵浦光引起了受激拉曼散射效應(yīng),確定了受激拉曼散射的強(qiáng)度閾值。基于上述理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本論文利用強(qiáng)泵浦時(shí)-頻分辨寬帶CARS技術(shù)實(shí)時(shí)觀測(cè)到了液相硝基苯分子在飛秒強(qiáng)激光場(chǎng)作用下的初始動(dòng)力學(xué)過程。在800-1200cm-1頻率范圍內(nèi)的CARS信號(hào)中觀測(cè)到了多個(gè)振動(dòng)模式同時(shí)被激發(fā)產(chǎn)生的耦合現(xiàn)象。在1200-1500 cm-1的頻率范圍內(nèi)觀測(cè)到了硝基苯的NO_2扭擺振動(dòng)和NO_2對(duì)稱伸縮振動(dòng)的耦合。探測(cè)到了硝基苯分子中硝基O-N-O夾角的收縮及弛豫過程,弛豫時(shí)間為265 fs。獲得液相硝基苯的NO_2扭擺振動(dòng)頻率值為40±2 cm-1。根據(jù)形變及振動(dòng)能量轉(zhuǎn)移分析,在非共振激光強(qiáng)場(chǎng)條件下,當(dāng)激光強(qiáng)度增大至反應(yīng)閾值時(shí),液相硝基苯分子可能發(fā)生的的初始反應(yīng)是C-N鍵的斷裂。本論文分別采用飛秒脈沖和皮秒脈沖作為強(qiáng)泵浦時(shí)-頻分辨寬帶CARS實(shí)驗(yàn)中的探測(cè)光,監(jiān)測(cè)了液相硝基甲烷分子在飛秒強(qiáng)激光場(chǎng)作用下的初始動(dòng)力學(xué)過程。在以飛秒脈沖為探測(cè)光的CARS光譜中,獲得了與硝基苯類似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,同樣觀測(cè)到硝基甲烷分子中CN對(duì)稱伸縮振動(dòng)和NO_2扭擺振動(dòng)的耦合以及硝基的O-N-O夾角的收縮和弛豫過程,弛豫時(shí)間為195 fs,NO_2扭擺振動(dòng)的頻率值為50.8±0.3 cm-1。在以皮秒脈沖為探測(cè)光的CARS光譜中,觀測(cè)到CN對(duì)稱伸縮振動(dòng)和甲基基團(tuán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的耦合。探測(cè)到甲基“傘狀”結(jié)構(gòu)閉合又打開的畸變過程,弛豫時(shí)間為720 fs。獲得室溫下液相硝基甲烷分子甲基的轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)為5.5±0.4 cm-1,證實(shí)了液相硝基甲烷分子中甲基的近自由轉(zhuǎn)動(dòng)特性,進(jìn)而證明液相硝基甲烷分子間作用較小,沖擊作用下可能發(fā)生的初始反應(yīng)為質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。本論文提出并建立了強(qiáng)泵浦時(shí)-頻分辨寬帶CARS光譜技術(shù),成功探測(cè)到了典型液相含能材料硝基苯和硝基甲烷在飛秒非共振激光強(qiáng)場(chǎng)下的分子形變、功能團(tuán)旋轉(zhuǎn)、內(nèi)旋轉(zhuǎn)-振動(dòng)耦合等超快動(dòng)力學(xué)過程,獲得了相關(guān)的動(dòng)力學(xué)參量。深化了對(duì)非共振激光激發(fā)條件下含能材料分子動(dòng)力學(xué)的認(rèn)識(shí),為含能材料微觀反應(yīng)機(jī)理研究提供了新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB34

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 王亞平;劉福生;劉其軍;鐘小峰;郝斌斌;;沖擊高壓下硝基甲烷的拉曼光譜及其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[J];原子與分子物理學(xué)報(bào);2016年04期

2 張朝陽;;含能材料研發(fā)的新模式——含能材料基因組研究計(jì)劃(EMGI)[J];含能材料;2016年06期

3 彭亞晶;葉玉清;;含能材料起爆過程“熱點(diǎn)”理論研究進(jìn)展[J];化學(xué)通報(bào);2015年08期

4 董光興;葛素紅;李德華;;高壓下硝基甲烷分子溫度的密度泛函計(jì)算[J];原子與分子物理學(xué)報(bào);2015年02期

5 鄭朝陽;趙紀(jì)軍;;含能材料的從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬[J];高壓物理學(xué)報(bào);2015年02期

6 王君;郭峰;程新路;唐翠明;;TATB高溫高壓下初始分解反應(yīng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬[J];四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年03期

7 熊鷹;舒遠(yuǎn)杰;周歌;王新鋒;田安民;;均四嗪熱分解機(jī)理的從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬及密度泛涵理論研究[J];含能材料;2006年06期

8 邵菊香;程新路;楊向東;張芳沛;葛素紅;;C-H,C-N,C-O,N-N的鍵離解能和鍵長(zhǎng)的計(jì)算[J];原子與分子物理學(xué)報(bào);2006年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 王陽;碘甲烷分子光反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的超快光譜研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 羅嗣佐;分子非絕熱準(zhǔn)直和取向及其在飛秒激光場(chǎng)中電離解離[D];吉林大學(xué);2015年

3 杜鑫;分子及晶格相干振動(dòng)超快過程的飛秒CARS光譜研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

4 彭亞晶;納米金屬Al復(fù)合含能材料激光光熱過程研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

，

本文編號(hào)：1326873