高致密球形黑索今晶体结构对高聚物粘结炸药安全性能的影响

为探索炸药晶体结构对其安全性能的影响,通过分子动力学模拟和实验相结合的方法开展高致密球形黑索今（RDX）晶体结构对高聚物粘结炸药（PBX）安全性能影响的研究。采用X射线 单晶衍射测试高致密球形RDX的晶体结构,并根据晶体结构数据,通过分子动力学模拟方法对比高致密球形RDX和普通RDX基PBX的安全性能。为验证分子动力学模拟结果的准确性,制备以高致密球形RDX和普通RDX为基的浇注PBX,采用直接起爆法和卡片式隔板法测试浇注PBX的雷管感度和冲击波感度。分子动力学模拟与实验结果表明：高致密球形RDX是内部缺陷少、形状趋于球形的单晶体,晶胞密度较普通RDX提高2.6%;高致密球形RDX基PBX比普通RDX基PBX的结合能提高289.30 kJ/mol,内聚能密度提高0.022 kJ/cm³、引发键最大键长减小0.02 ,高致密球形RDX基PBX的安全性能更好;在配方比例相同条件下,高致密球形RDX基浇注PBX的雷管感度和冲击波感度比普通RDX基PBX确实有所降低,与分子动力学模拟结果相符,验证了模拟计算的准确性。     

空位对五唑阴离子盐Mn（N5）2冲击反应和损伤演化的影响

为探究微缺陷对五唑阴离子盐冲击响应、化学分解及损伤演化的影响,采用从头算分子动力学模拟方法研究了完美型Mn（N₅）₂晶体及含有3%空位浓度的Mn（N₅）₂晶体在不同速度（8,9,10,11,12 km·s^-1）c轴冲击波作用下的动力学演化和初始分解反应机理。冲击雨贡纽线的计算结果表明,含空位的Mn（N₅）₂体系比完美型体系在高压条件下表现出更大的体积压缩比。分子动力学模拟结果显示,当冲击波速v_shock<10 km·s^-1时,完美型及含有空位的体系在5000 fs内均未出现分解反应,而仅出现了不足10%的体积压缩;当v_shock=10 km·s^-1时,完美型体系于512.8 fs时刻开始在晶体内均匀地出现N—N键断裂的现象,而含空位体系的初始反应时间则提前至281.6 fs,并且N—N键的断裂集中发生在空位附近;当v_shock继续增加至11 km·s^-1和12 km·s^-1时,两种体系的初始反应时间不断提前,反应进程不断加快,但空位对体系冲击波感度的提升作用和对分解反应进程的加速作用随着冲击波速的提升而不断减弱。研究结果表明空位是热点的早期成核结构之一,空位的存在促进周围的五唑分子发生级联分解,使损伤不断演化成长和传播,进而引起含能材料的点火。     

Ni/Al爆炸焊接界面形成的分子动力学模拟

基于分子动力学,从微观角度仿真模拟Ni/Al结合界面的爆炸焊接过程,分析结合界面形成的加载、卸载和冷却阶段的形貌和微观结构.结果表明:Ni、Al板碰撞后动能转变为内能,异种金属间互相熔合渗透形成结合界面;冲击速度越大,卸载和冷却阶段扩散变化较明显;由于极高的应变速率和热效应,Ni板、Al板和混合区分别形成了胞状位错结构、多边形位错结构、典型凝固结构;爆炸焊接中FCC、BCC结构可逆向转变,加载时初始温度越高,FCC结构的逆向转化率越高,冲击速度为1500、1750、2000 m/s时,分别提高了7.0％、15.6％、28.0％.     

高温下含缺陷CL-20初始化学反应的分子动力学模拟

为研究晶体缺陷对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)初始化学反应影响规律,采用分子动力学方法和ReaxFF-lg反应性力场,对1500～3500 K高温下含空位缺陷CL-20的初始反应路径、热分解产物和反应动力学进行了研究.结果表明,1500～3500 K时,含空位缺陷CL-20的初始分解路径与完美晶体基本相同,首先N—NO2键断裂生成NO2.空位缺陷增大了CL-20开环反应频次、增加了NO2的生成量.比较完美晶体CL-20可见,空位缺陷可降低CL-20活化能,加速CL-20的热分解进程.2000 K和3000 K时含16.7％空位CL-20反应速率常数分别是完美CL-20的1.7倍和1.4倍.空位缺陷其周围的CL-20分子更容易发生热分解反应,导致CL-20的感度提高.     

水分子在碳纳米管内的扩散研究

本文在不同温度下分别模拟了(8,8)、(9,9)、(10,10)扶手椅型碳纳米管中水的结构和扩散,在300 K的(8,8)型碳纳米管中水分子形成了规则的四边形结构,再现了Alberto Striolo的研究结果。不同管径中水分子的径向分布函数表明,随着管径的增大水分子的受限效应逐渐减弱,水分子平均氢键的数目逐渐增大,从(8,8)管中的平均2.10个氢键到(10,10)管中的2.28。     

HMX状态方程与弹性性能的分子动力学研究

利用COMPASS力场，采用NPT系综对β-HMX晶体进行了温度为295K，压力为0—27GPa的分子动力学模拟并进行静态力学分析。研究了β-HMX的压缩各向异性，得到了295K下β-HMX的等温线，用不同状态方程对结果进行拟合，求得了零压下β-HMX体积模量民及其关于p的一阶导数K＇0。计算结果表明，用不同方程拟合得到的K0和K＇0存在差异。通过静态力学分析，得到了弹性系数以及各模量随压力的变化情况，通过对G／K与C12-C44（柯西压）的研究发现JB-HMX的硬度随着压力的增大而增大，在大压力作用下材料由脆性到韧性转变。     

sH型CO_2水合物的稳定性分析

基于密度泛函理论并利用ADF/ME软件,在GGA-PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)/TZP基组下对sH型水合物进行了第一性原理计算。在等温等容(NVT)系综下,利用分子动力学(MD)模拟方法得到了sH型水合物的初始结构。基于量子化学原理,对sH型水合物的大笼、中笼、小笼进行了几何结构优化,根据计算得到的单点能量得到了笼子的总能量。对比计算了包含不同客体分子的笼子的稳定能和范德华相互作用能,计算结果表明:在sH型水合物中,CO_2既不能置换大笼中的环庚烷,也不能置换小笼、中笼中的甲烷。但是,每个大笼可以通过包含2个CO_2分子的形式形成sH型水合物。     

基于分子动力学的丝网印刷柔性传感器电极导电性机理研究

目的 研究提高丝网印刷柔性传感器电极的导电性,为提升柔性传感器的电学性能提供参考依据。方法 首先采用分子动力学（Molecular Dynamic,MD）模拟方法,建立在Wenzel模型下导电银浆团簇在不同粗糙因子下的对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Terephthalate,PET）表面铺展的分子动力学模型,其次分别计算各体系下的结合能,用以表征不同体系下PET表面对导电银浆团簇结合能力,接下来通过丝网印刷实验的方法探究银浆与不同粗糙因子PET的结合能力对传感器电极的导电性的影响。结果 仿真结果表明,导电银浆团簇在不同粗糙因子的PET表面的铺展过程中会陷入粗糙表面的凹陷处,且导电银浆与基材的结合能随着PET粗糙因子的增加而增加。实验结果表明,使用不同粗糙因子的PET作为承印物能显著提升电极的导电性。相比于未处理的PET,随着粗糙因子的增加,导电线条的电导率逐渐升高,电阻率逐渐降低,方块电阻逐渐降低。电导率最大提升了77%,电阻率最大下降了43%,方块电阻最大下降了38%。结论 导电银浆在粗糙表面铺展的过程中会渗入基材的凹陷处,增加了吸附点位,使得银浆与基材的结合更加紧密...     

银团簇在聚乙烯表面及内部的扩散分子动力学模拟研究

目的通过分子动力学模拟方法对聚乙烯(polyethylene,PE)中银团簇的扩散行为进行研究。方法采用分子动力学模拟方法研究银团簇在PE膜中的扩散行为,并分析了不同温度下银团簇的密度、自由体积、运动轨迹、均方位移以及扩散系数。结果通过运动轨迹分析发现,银团簇在343 K下在PE中移动范围较在293 K、313 K下大;由均方位移曲线计算不同温度下银团簇在PE中的扩散系数:D_(293K,Ag)=6.78×10~(-9)cm~2·s~(-1),D_(313 K,Ag)=4.38×10~(-9) cm~2·s-1,D_(343 K,Ag)=2.02×10~(-8) cm~2·s~(-1)。在PE和水接触界面上,银团簇的扩散系数为7.71×10~(-5) cm~2·s~(-1),比银团簇在PE内部的扩散系数大很多。结论在迁移过程中,银的迁出可能主要是材料表面银的溶出。