冲击作用下CL-20含能共晶的反应分子动力学模拟

共晶技术是降低六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)感度的有效方法之一,研究冲击作用下CL-20共晶的化学反应,有助于理解CL-20共晶的冲击反应机制,对炸药安全评价分析具有重要意义。本研究采用ReaxFF-lg反应力场的分子动力学方法,同时结合非平衡加载方法,对CL-20/2,5-二硝基甲苯(DNT)、CL-20/1,3-二硝基苯(DNB)和CL-20/1-甲基-3,5-二硝基-1,2,4-三唑(MDNT)三种共晶在2～5 km·s^-1冲击速度下的冲击压缩过程进行了分子动力学模拟,获得了含能共晶在冲击作用后的热力学演化特征、初始化学反应路径和产物信息,并与CL-20的情况进行了对比分析。研究发现：CL-20/DNT、CL-20/DNB和CL-20/MDNT 3种共晶都有一定程度的降低冲击感度作用,3种共晶的冲击感度顺序依次为CL-20/MDNT>CL-20/DNB>CL-20/DNT。3种共晶的分解反应均是从CL-20分解开始,且CL-20的分解速度比DNT、DNB和MDNT快。在2 km·s^-1冲击速度下,CL-20共晶首先发生聚...     

笼状骨架含能化合物构建研究进展

笼状结构因其高对称性、高环张力和致密的堆积密度成为理想的含能化合物骨架,是含能材料研究领域的热点。综述了以单质型含能化合物和金属络合物型含能化合物分类的已报道的笼状骨架含能化合物。其中,笼状骨架的单质含能化合物重点归纳了立方烷、伍兹烷、金刚烷等体系,典型化合物八硝基立方烷和六硝基六氮杂异伍兹烷已成为能量水平最高的单质含能化合物;笼状骨架的金属络合物型含能化合物重点介绍具有三维网络笼状空间的结构,该类化合物通过紧凑的排列方式形成了致密的网络结构,利用包裹方式将其它组分融入笼状结构中。指出,笼状骨架的单质含能化合物进一步的研究方向应以解决制备路线过长,成本过高的问题,为应用研究提供基础;笼状骨架的金属络合物型含能化合物研究处于起步阶段,种类较少是主要问题,但该类化合物普遍制备简易,成本较低且能量水平较高,应作为笼状骨架含能化合物下一步发展的重点方向。     

三类炸药晶体冲击引发分解机理的从头算分子动力学研究

运用从头算分子动力学和多尺度冲击相结合的方法,对三类典型炸药晶体奥克托今（ HMX）、1,3,5-三氨基2,4,6-三硝基苯（ TATB）和太安（ PETN）实施冲击加载下的模拟研究。结果表明,HMX中的N-O键、TATB中的N-O键以及PETN中的C-O键优先断裂。随着时间推移,他们体系中电子离域性增加;价带和导带间的带隙逐渐减小;接着开始出现金属态并不断变多。在冲击加载下,TATB、HMX和PETN晶体引发断裂化学键所需时间依次减小的顺序,恰与它们冲击波感度依次增大的实验顺序相一致。这表明,它们的结构和引发分解机理与冲击波感度之间有规律性联系。     

含能材料感度判别理论研究——从分子、晶体到复合材料

近30多年来,通过量子化学计算和分子动力学模拟,国内外已提出过许多关于含能材料撞击感度的微观理论判据。本文主要介绍我们研究小组从高能分子、高能晶体到高能复合材料的热解机理和感度判别的相关工作,其中关于高能晶体和复合材料的感度判别的一些结果和判据是首次报道。     

含能材料分子结构与感度的相关性

综述了国外近年来含能材料分子结构参数与感度相关关系的最新研究成果。研究表明：某些芳香族硝基化合物的撞击感度与Ｃ－ＮＯ２键强度有关；硝胺及脂肪族硝基化合物的冲击波感度与分子中Ｎ－ＮＯ２键的数目，长度和分子量相关。     

含能毁伤元冲击引爆模拟战斗部试验研究

为提高战斗部的毁伤效能,对氟聚物基含能反应材料进行了研究。对氟聚物基含能材料配方改进并制备了一种Φ26mm×60mm的含能毁伤元。将含能毁伤元装入特定结构壳体后进行了冲击引爆模拟战斗部试验。采用高速录像观察含能毁伤元冲击侵彻模拟战斗部后的爆炸情况并测试爆炸后空气冲击波超压。考察了含能毁伤元不同速度下对B炸药和PBX-9404炸药的引燃引爆能力。设置了B炸药模拟战斗部静爆试验作为对比。在试验的基础上,通过测量爆炸后空气冲击波超压进行了TNT当量等效对比分析。试验研究表明,在735m·s~(-1)的侵彻速度下,氟聚物基含能毁伤元可冲击引爆B炸药模拟战斗部。在962m·s~(-1)的侵彻速度下,能引发PBX-9404炸药模拟战斗部爆燃反应。     

纳米含能材料Al-MoO_3的性能研究

采用超声分散混合的方法,以纳米铝粉和纳米氧化钼为原料.制备了纳米含能材料Al-MoO_3.通过扫描电镜(SEM)和差热分析(DSC)对纳米含能材料Al-MoO_3进行了表征分析,同时进行了火焰感度、激光点火性能和电点火性能测试.结果表明:纳米含能材料Al-MoO_3是亚稳态分子间复合物的一种,它具有较好的火焰感度、激光点火感度和电点火感度,其50%感度分别为37.3cm、1.657mJ和462mA.     

物性对含能材料撞击起爆感度的影响

为了研究物性对含能材料撞击起爆感度的影响,利用WL-1型落锤仪对含能材料AP、HMX、RDX进行撞击感度测试,采用扫描电镜（ SEM）对落锤撞击前后的样品细观形貌进行观测。结果表明：AP塑性强,HMX、RDX脆性强,同等条件下,AP比HMX、RDX容易爆发;AP的撞击感度随着粒度的增大而减小,HMX、RDX的撞击感度随着粒度的增大而增大。可见,选取大粒度AP,小粒度HMX、RDX可有效降低撞击感度。     

运用从头算分子动力学模拟高温耦合爆轰压力条件下α-RDX的分解机理（英）

运用从头算分子动力学模拟了α-黑索今(RDX)晶体在高温(3000K)耦合爆轰压力(34.5GPa)下的初始和随后的分解机理。采用两种范德瓦尔斯修的修正方法(PBE-G06和PBE-TS)环境条件下对RDX的晶体结构进行了优化。结果表明,PBE-TS非常合适优化RDX。RDX分解中,C—H键均裂引发α-RDX分解。态密度的结果也证明了C—H键断键的现象。分解过程中发生了HONO的消去反应。产生NO_2、NO、N_2O、N_2、HONO、N_2O_4、H、O—H、H_2O和CO_2为主要反应,发生在早期阶段。同时,RDX引发后的三种不同的分解途径分别为(1)C—N断键引发该环中其它C—N键断裂;(2)N—NO_2断键并且释放NO_2气体;(3)H自由基和氧原子碰撞形成O—H键后释放O—H自由基。     

均四嗪热分解机理的从头算分子动力学模拟及密度泛涵理论研究

运用从头算分子动力学(AIMD)方法对均四嗪分子的热分解轨迹进行了模拟,用密度泛涵理论在B3LYP/6-311G(d,p)水平下计算了极小点和过渡态的几何结构和能量性质。然后在多种理论水平下(包括B3LYP/6-311 G(2df,2p)、G3MP2B3、G3B3、CCSD(T)/6-311G(d,p)、CCSD(T)/6-311 G(2df,2p))计算了反应物、产物和过渡态的单点能,并运用微正则变分过渡态理论(μVT)计算了均四嗪的热分解反应速率常数,得到较为准确可靠的反应信息。研究结果表明:均四嗪分子的热分解机理为协同的三键断裂,生成1个N2和2个HCN,此机理与均四嗪的光分解机理一致。     

固体炸药起爆的经典分子动力学研究进展

现代高性能计算机上所进行的包含几百万个原子的分子动力学模拟，能够在原子尺度提供对于含能材料中爆轰过程的直观理解，本文综述应用经典分子动力学方法研究固体炸药冲击起爆问题的历史及现状。首先简要回顾分子动力学方法的发展；然后重点介绍应用这一方法研究固体炸药起爆问题的三个主要方面——固体炸药的冲击起爆机理、爆轰波的性质与能量转换机制、固体炸药的势函数；最后对固体炸药冲击起爆的分子动力学研究所面临的问题及其发展趋势进行了探讨：由于过于理想化的含能材料模型以及计算能力不足这两方面的限制，在可预见的未来，固体炸药起爆的经典分子动力学研究主要保持在建立模型以及定性研究的阶段。     

铝基水凝胶的铝/水反应机理研究

为了研究PVA-nAl/HTPB的铝水反应特性,将端羟基聚丁二烯（HTPB）包覆的纳米铝粉（nAl/HTPB）分散于物理交联法制备的聚乙烯醇（PVA）水凝胶中得到聚乙烯醇-nAl/HTPB。通过研究25、40、55、70、85 ℃和100 ℃下PVA-nAl/HTPB复合物在0.1 mol·L^-1 NaOH溶液中的铝水反应及反应后残渣,探究铝水反应机理。结果表明,PVA-nAl/HTPB的最大产氢量和最大产氢速率分别比PVA-nAl高76 mL·g^-1和80 mL·g^-1·min^-1,铝水反应的最终产物为羟基氧化铝（AlO（OH））。     

α-CL-20和CL-20/H2O2中溶剂分子的扩散特性及其对共晶分解影响的分子动力学模拟

为了研究H₂O和H₂O₂溶剂分子对含能共晶热稳定性的影响机制,采用分子动力学(MD)模拟方法对α-CL-20和CL-20/H₂O(2正交、单斜)中溶剂分子的扩散行为及其热解机理进行了研究。结果表明,H₂O和H₂O₂都会随着温度的升高从晶胞中扩散出来,其中H₂O分子扩散得更快;温度低于500 K时单斜晶型CL-20/H₂O₂晶格框架具有阻碍溶剂分子H₂O₂扩散的作用,而温度高于500 K时,这种阻碍作用将不复存在。热分解过程中,α-CL-20释能最慢,且其中CL-20的分解也是最慢的;温度低于1500 K时,溶剂分子对含能组分热解呈现出一定的稳定化作用,但此作用随着温度的升高而消失。此外,溶剂的存在能明显增加晶格能。     

CL-20/DNB共晶高温热解的ReaxFF反应分子动力学模拟

基于Reax FF力场,采用反应分子动力学方法(Reactive Molecular Dynamics,RMD)研究了高温条件下(2000,2500 K和3000K)六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/1,3-二硝基苯(DNB)共晶的初始热解机理以及一些主要产物随时间的分布情况。结果表明:CL-20/DNB共晶热解过程中温度越高,系统达到平衡所需时间越短,生成的产物越多,势能下降也越多。各个温度下CL-20均先于DNB快速分解完毕,随温度升高DNB的热解速率显著加快。CL-20/DNB共晶主要热解产物为NO_2、NO、N_2、H_2O、HNO3、HON、HONO和CO_2等,其中NO_2是由CL-20中N—NO_2键和DNB中C—NO_2键的断裂所生成,这是主要的初始引发反应,其数量迅速达到最大值后通过异构化生成ONO自由基,接着进一步生成N_2、NO、HONO、HON和H_2O等。在2500 K和3000 K条件下模拟后期体系中会有较大的含碳团簇出现,这是富碳炸药爆轰过程中的常见现象。