共晶含能材料通過超分子在排列方式和堆積方式上的微小變化實現(xiàn)對含能材料理化性質(zhì)的調(diào)節(jié),已成為當前高能單質(zhì)炸藥改性的一種有效途徑。六硝基六氮雜異伍茲烷（CL-20）和奧克托今（HMX）是兩種性能優(yōu)異的現(xiàn)役硝胺類炸藥,理論爆速均超過了9000 m/s,然而高感特性限制了其在混合炸藥和推進劑中的應用。為了在保證輸出能量的同時降低炸藥的感度,本研究以CL-20和HMX為基,采用溶劑揮發(fā)法和綠色球磨法制備出五種共晶含能材料,研究了共晶技術(shù)對含能材料性能的影響,考察了共晶結(jié)構(gòu)中分子間相互作用力的變化規(guī)律,揭示了共晶超分子體系的組裝機理,具體研究內(nèi)容如下:（1）通過量子化學計算分析CL-20、HMX和三硝基甲苯（TNT）的Hirshfeld表面、2D指紋圖、約化密度梯度（RDG）填色散點圖、填色等值面以及靜電勢著色的分子范德華表面,在分子結(jié)構(gòu)水平上準確量化晶體堆積中分子內(nèi)和分子間的相互作用力,可視化各分子結(jié)構(gòu)中相互作用力的類型、位置、強度、頻率以及電荷分布,預測共晶分子的結(jié)合方式和反應活性位點。結(jié)果表明,在CL-20、HMX和TNT分子結(jié)構(gòu)中的硝基基團上存在大面積的富電子區(qū)域,具有較強的電負性,表現(xiàn)出... 

【文章來源】：中北大學山西省

【文章頁數(shù)】：169 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1.1分子結(jié)構(gòu)：（a）冠醚；（b）穴醚

解度平衡自發(fā)地向析出共晶的方向移動，就需要選擇合適的溶劑，使Go<0。同時，還要注意調(diào)控反應體系的溫度。分子間的非共價鍵，尤其是氫鍵是形成共晶的主要驅(qū)動力[67]。因此，根據(jù)動力學原理，共晶組分要有相適宜的結(jié)構(gòu)且分子間要能形成較強的相互作用力，以促進超分子合成子的形成。這里的氫鍵作用，可以通過計算共晶組分的分子或基團產(chǎn)生氫鍵的頻率和強度來預估氫鍵形成的可能性，是共晶形成的關(guān)鍵因素。此外，在共晶生長過程中，共晶固相組分和溶劑相的平衡是影響共晶析出的重要因素[68]。一般通過三元相圖來描述，如圖1.2所示。圖中不同區(qū)域代表共晶各組分產(chǎn)生的溶解度區(qū)域，相圖中各區(qū)域的位置和大小會隨著各組分溶解度的不同而變化，因此不同的溶解度會在相圖中產(chǎn)生不同的共晶相區(qū)域[9]。在制備共晶的過程中，盡可能選擇對各共晶組分的溶解度都相近的溶劑來擴大熱力學有力的共晶相區(qū)域，以促進共晶的形成。圖1.2兩種共晶組分在溶劑中的等溫三相圖Figure1.2Isothermalthreephasediagramoftwococrystalcomponentsinsolvent1.2.4分子間弱相互作用隨著晶體工程的發(fā)展，科學家已從研究超分子中原子和原子間的化學鍵，轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯糠肿雍头肿娱g的相互作用力[69,70]。在微觀層面，分子間的相互作用將分子與超分子相聯(lián)系，實現(xiàn)三維（3D）晶體包裝；在宏觀層面，分子間的相互作用又是導致單晶樣品晶型多態(tài)性的主要因素[71]。因此，分子間的相互作用的性質(zhì)及其在晶體結(jié)構(gòu)中的應用，成為貫穿晶體工程所有領(lǐng)域的研究主題[72]。分子間的相互作用包括：氫鍵、配位鍵、鹵素鍵、范德華力、-堆積、離子對靜電

中北大學學位論文9圖1.3幾種不同類型的分子間的相互作用Figure1.3Representationofthedifferentkindsofintermolecularinteractions在弱氫鍵體系中，對于一個X-H基團來說，隨著極性降低，靜電作用對分子間相互作用的貢獻也降低，而色散作用的貢獻沒有變化，會導致靜電性貢獻變小，與色散作用相當，甚至低于色散作用。此時，整個分子間作用的方向性變得非常低，氫鍵最終弱化為范德華作用。范德華作用力是分子間或分子內(nèi)不同區(qū)域靜電吸引或排斥力的總和。范德華力不包括涉及離子和雜原子上H原子的相互作用。但對于C-H類分子，其所產(chǎn)生的范德華靜電吸引力也可以認為是一種弱相互作用。另外，N-H···和C-H···相互作用也可以認為是弱氫鍵作用[85-87]。1.2.5共晶的制備方法1.2.5.1溶劑揮發(fā)法溶劑揮發(fā)法是將共晶配體各組分按一定的化學計量比溶解于所選溶劑中，隨著溶劑的緩慢揮發(fā)，溶液飽和度不斷增大，直至溶液達到過飽和狀態(tài)，晶體析出，得到共晶晶


本文編號：3102780