TATB晶体的状态方程与振动性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(DFT)并结合范德华力校正(vdW-DF2)研究了TATB晶体的状态方程与振动性质。对TATB晶体部分振动模式进行了重新分配。研究了0~8.5GPa加压过程TATB晶体振动耦合以及分子间相互作用过程。结果表明,TATB晶体内NH2和NO2振动耦合强烈。波数为1100~1500cm-1时,由于NH2与NO2以及苯环振动耦合,振动尤其复杂。随着压力增加,TATB相邻层分子相互弯曲靠近,引起NH2平面外弯曲振动或摆动与NO2剪切振动耦合,表明分子间氢键作用增强。     

纳米TATB炸药贮存老化机理

为深入理解纳米三氨基三硝基苯(TATB)炸药在不同贮存环境下的稳定性,设计了90℃,不同湿度(10%RH、50%RH和90%RH)以及低气压(200 Pa)等多种贮存环境条件,借助中子小角散射(SANS)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(IR)等表征技术,对不同温度、温湿度及低气压环境纳米TATB微结构演化规律进行了研究。实验结果表明,纳米TATB经45℃、60℃和71℃热老化后,其比表面积均明显下降,且老化温度越高下降趋势越显著并出现部分晶体颗粒长大;湿热极端环境(90℃,90%RH)则显著影响纳米TATB晶粒贮存稳定性,经短期(5天)贮存纳米TATB即出现显著的颗粒长大现象,尺寸约1~3μm;纳米TATB经90℃低气压(200 Pa)环境贮存也出现晶粒长大并呈微米级片状结构;基于不同贮存环境条件的试验结果,分析了纳米TATB长大熟化机制,即纳米TATB表面能较高,在温度和湿度作用下部分TATB分子克服能垒,迁移、扩散并在晶粒表面重排长大。     

龙骨状纳米结构TATB的构筑与热分解动力学研究

基于纳米结构对材料性能的调控,采用溶剂/非溶剂法来构筑三氨基三硝基苯(TATB)的纳米结构。通过强的非溶剂效应和温度效应,制备得到龙骨状纳米结构TATB。采用场发射扫描电镜(FE-SEM)与透射电镜(TEM)观察样品的微观形貌,X射线衍射分析(XRD)和激光粒度分析仪测试样品的晶相和粒径分布。结果表明,所得样品整体呈龙骨状结晶,晶型较原料TATB未发生改变,粒径分布为70～400 nm。不同升温速率下的热分析结果表明,龙骨状TATB的热分解峰温较原料TATB提前1.54～2.91℃,表观活化能(E_a)提高0.29 kJ·mol~(-1),对热刺激的敏感性降低;通过微分法计算得出龙骨状TATB的热分解机理为随机核化,每一粒子有一个核,而原料则为三维扩散,其动力学方程为球形对称的Jander方程。     

亚微米TATB除酸方法比较

分别采用超声波震荡、加热下介质处理、稀碱处理等方法研究亚微米超细TATB夹杂酸的脱除.结果表明,超声波震荡法不利于亚微米TATB晶间酸的去除,有利于防止超细TATB粒子聚集;稀碱处理法能迅速降低细化料液的酸值,但仍不能有效去除晶体间夹杂酸,且处理后超细TATB样品灰分含量高;加热条件下有利于去除亚微米TATB晶间酸,却会造成亚微米TATB粒子团聚;以DMSO/水为介质,在加热条件下处理亚微米超细TATB样品,可控制pH值和粒度在许可范围.     

模压TATB基PBX炸药件晶体取向对膨胀特性的影响

炸药件的膨胀特性对其使用性能有重要影响,研究TATB基PBX炸药件晶体取向与膨胀特性的关系,可为控制TATB晶体的形稳性提供基础支撑。采用线膨胀仪测定了颗粒状、片状及原材料TATB晶体所压制药柱沿不同方向的膨胀特性,采用X射线衍射仪和Rietveld全谱拟合精修的方法测定了TATB基PBX炸药件的晶体取向(F),并研究了TATB晶体取向对膨胀特性的影响。结果表明:TATB基PBX药柱存在各向异性膨胀,轴向的膨胀程度约为径向的2倍,膨胀系数(αCTE)与药柱中晶体的取向满足关系αCTE=(7.08+10.37×F)×10-5K-1,药柱的线膨胀系数随晶体取向增大而增大,而不同形貌的TATB晶体所压药柱的取向不同。因此,通过改变晶体形貌可以控制晶体取向,进而抑制药柱膨胀的各向异性,改善TATB炸药的形稳性。     

温压作用下α-DNAN的晶体结构及力学性能

采用理论结合实验的方法研究了不同温度和压力条件下α?2,4?二硝基苯甲醚(α?DNAN)晶体结构变化,探讨其应用于平面波透镜低速层的潜力。综合实验(变温X射线衍射、高压拉曼光谱)和理论计算(密度泛函理论、分子动力学)结果表明,在所考察的温度(298～358 K)和压力(0.0001～1.5 GPa)范围内α?DNAN晶体均能稳定存在,没有发生相转移现象。热?力作用下,α?DNAN晶体的a轴方向因存在大量的π?π时,α?DNAN晶体密度随温度升高而降低;0.2 GPa条件下,313 K时α?DNAN晶体的密度较308 K和323 K时低,力学性能也相应较差,说明其晶体结构的变化是压力和温度协同作用的结果。     

TATB基PBX界面热阻研究及导热系数预测

为研究TATB基高聚物粘接炸药(PBX)中炸药晶体与粘结剂之间的界面热阻,采用在TATB单质药片上涂覆氟橡胶层的方法,制备了TATB基PBX单层界面样品,并通过纳米压痕法获得了界面样品氟橡胶层及界面层厚度,利用激光热导仪测得TATB/氟橡胶界面层在293,303,313,323,333 K下的导热系数分别为6.18×10~(-3),6.53×10~(-3),9.87×10~(-3),2.16×10~(-2),7.72×10~(-3)W·m~(-1)·K~(-1)。基于界面导热系数与热阻的关系,建立含界面热阻的PBX导热系数预测模型,获得了某型PBX导热系数理论值,理论计算结果与实测值吻合性较好。     

典型笼状含能材料晶体早期冲击反应的从头算分子动力学模拟

笼状骨架赋予含能分子额外的应变能和结构稳定性,有望优化含能材料高能量密度和低感度之间的问题。但笼状含能晶体在冲击波刺激下的化学反应机理尚不清晰,亟需从笼状骨架调控、单分子分解、晶体集体响应3个层次开展系统研究。为此,研究以具有平面分子结构的三氨基三硝基苯(TATB)作为参考体系,对比了具有笼状结构的八硝基立方烷(ONC)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和4,10-二硝基-2,6,8,12-四氧杂-4,10-二氮杂四环十二烷(TEX)体系,开展了ONC、CL-20、TEX晶体结构在8～11 km·s^-1冲击波作用下的演化并进行了从头算分子动力学模拟。模拟结果表明,含能晶体的冲击感度排序为ONC>CL-20>TEX>TATB,通过与冲击波/撞击感度的文献试验数据对比进行了验证。反应机理表明：(i)异伍兹烷骨架中的富电子氧/氮促进了离域效应,适中的空间自由度赋予其弹性变形能力,加强了笼状骨架的结构稳定性,延缓了冲击反应进程;(ii)基于异伍兹烷的笼状分子分解时,硝基的脱落先于笼状分子的坍塌发生,游离的硝基与其他中间产物的排斥作用阻碍了分子间的团聚,...     

孔隙对TATB基高聚物粘结炸药有效弹性模量的影响

采用代表体积单元(RVE)建模方法,建立了与实际TATB基高聚物粘结炸药(PBX)微观结构近似的有限元计算模型,该模型可以生成炸药颗粒和孔隙随机分布、填充率和孔隙率任意调整的二维RVE。并采用该模型研究了孔隙大小、空间分布和孔隙率对TATB基PBX有效弹性模量的影响。结果表明:粘结剂内孔隙使得TATB基PBX在外载荷作用下易于变形,TATB基PBX的有效弹性模量显著减小,随着孔隙率增加,有效弹性模量呈指数减小;孔隙的空间分布对TATB基PBX有效弹性模量影响较大,当孔隙分布在粘结剂与炸药晶体之间界面时,容易造成粘结界面破裂而导致有效弹性模量显著下降,下降幅度超过50%;但孔隙的大小对TATB基PBX有效弹性模量影响不大。     

两种氟聚合物在TATB晶体表面吸附的动力学模拟

采用Discover／Material Studio中的分子动力学（COMPASS力场、NVT）方法及smart minimizer结构优化方法，对两种氟聚合物在TATB不同晶面上吸附行为进行模拟和结构优化后发现：（1）二者相互作用时，TATB原子位置变化的大小次序为：（010）〉（100）〉（001）；而氟聚合物的展开程度按以上次序增加。（2）TATB晶体对两种聚合物都是吸引的，可以用F2311及F2314来包覆TATB晶体；且F2314对TATB晶体的包覆效果要优于F2311。（3）TATB不同晶面吸附能力的大小次序为：（010）〉（001）〉（100）。