中性硝基分子几何形状与晶体特性的关联性

含能晶体堆积结构是影响其感度的重要因素之一,通过晶体中分子层间滑移来缓冲外界刺激是降低含能材料感度的重要机制。为了更好地设计低感高能分子, 理解分子的几何形状与其晶体特性的内在关系十分重要。研究以剑桥晶体数据库中的CHNO类中性硝基分子为样本,采用假设检验方法（包括Z检验、t检验和χ²检验）研究了分子的几何形状与其晶体密度、堆积系数及可滑移性之间的关联性。结果表明,在球形、平面和线形分子中,球形分子有最高的晶体密度和堆积系数,但晶体可滑移性较弱;平面度高的平面形分子通过高堆积系数可获得与球形分子相当的晶体密度,同时平面形分子的晶体可滑移性较强,其χ²检验的置信度接近1;线形分子则不如前两者。虽然存在某些高晶体密度和堆积系数的含能晶体不具有可滑移的层状堆积结构,但整体而言,可滑移晶体的晶体密度和堆积系数均比不可滑移晶体大,其Z检验与t检验的置信度均大于0.95,表明通过设计易于发生分子层间滑移的晶体结构来降低其感度与提升晶体密度并不矛盾。平面形分子晶体密度一般较高,与晶体可滑移性强相关,是设计低感高能分子的首选。     

HMX分子与晶体结构性能研究进展

奥克托今(HMX)是目前使用最广泛的含能材料之一。本文综述了HMX的两种分子构象结构、电子结构性质、分子热稳定性以及HMX基晶体的堆积结构和热稳定性的研究进展。从分子角度、晶体堆积结构分析了HMX分子构象稳定性和HMX基晶体热稳定差异的本质,比较了不同分解机理的动力学和热力学数据。认为探索HMX不同晶型转化机理和热力学性质,制备新型HMX共晶并深入理解其形成机制,以及建立更准确的模拟计算方法是未来的研究重点。     

高能不敏感含能材料——HATO

<正>在现代战争环境下,高技术武器装备系统对含能材料的发展提出了更高的要求。一方面,需要使用能量水平及释能效率更高的新型含能材料,以期提高常规弹药的绝对能量和毁伤威力;另一方面,需要使用不敏感含能材料,以降低武器弹药的易损性,满足舰载和机载武器等高价值武器平台对安全性的需求。如何解决能量与安全性之间的矛盾是含能材料研究人员迫切需要解决的难题。近年来,离子型含能材料(又名含能盐)的设计合成研究成为含能材料领域的研究热点。和传统的分子型含能材料相比,含能盐具有以下优点:(1)晶体结构中存在大量的氢键网络结构,有助于降低感度并增加热稳定性;(2)具有较低的蒸汽压,不易挥发;(3)能量和安全性能可通过改变阴     

含能晶体中分子间相互作用的特点及其启示

分子是含能晶体"大厦"中的"砖",分子间相互作用就是这些"砖"间的"粘合剂"。因此,分子间相互作用是认知与设计含能晶体的出发点和基础。本文评述了含能晶体中分子间氢键、卤键和π-π堆积作用及其对分子堆积模式、撞击感度与热安定性的影响。含能晶体中分子间相互作用通常表现出的特点和启示如下:(1)低感高能晶体有比高感高能晶体更强的氢键作用;(2)面-面π-π堆积是最有效的造就低撞击感度的分子堆积模式;(3)增强分子间相互作用及其各向异性是一项重要的改善撞击感度的晶体工程策略;(4)一味地增强分子间氢键可能导致晶体的热安定性变差。此外,分子间相互作用的准确描述与热力作用下的演化规律是今后研究的重点。     

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,...     

含能共晶制备及应用研究进展

共晶是指不同种类的中性组分在分子间非共价键的作用下形成的具有固定比例与特殊结构的晶体,属于超分子领域范畴.共晶技术是一种新型的含能材料改性方法手段,具有广阔的发展前景与应用价值.共晶可以降低含能材料的感度,提高安全性,改善力学性能、热性能与能量密度.综述了含能共晶制备及应用研究进展,其中包括共晶炸药国内外研究现状、制备方法、表征方法、形成机理.介绍了含能共晶面临的问题:部分共晶炸药性能有待进一步改善;共晶炸药制备条件苛刻,产率低;共晶炸药的测试表征手段较为单一.指出了今后研究的重点方向为:加强多组分含能共晶的研究;改善共晶炸药制备工艺,提高产量;研究共晶的结晶动力学行为,寻求共晶的最佳结晶条件以及寻找良好的表征共晶结构的方法手段.     

含能晶体危化品降感研究进展

为提高含能晶体危化品的安全性,简述了含能晶体危化品高感度的原因及危害,综述了提高晶体品质、制备共晶、添加钝感剂及钝感包覆等降感实验方法的研究现状,以及理论计算方法应用于含能晶体危化品降感研究的发展现状。基于此,认为影响含能晶体危化品感度的本质原因是分子间相互作用;通过实验方法进行降感研究成本高、周期长、危险性大且表征手段具有局限性;通过量子化学计算和分子动力学模拟等手段,从微观层面上建立分子间相互作用、晶体结构及感度之间的关系,指导设计新型低感度含能晶体,将是发展所趋。     

含能晶体密度预测的研究进展

密度是决定含能材料爆轰性能的重要参数。为评估现有CHON类含能材料密度的计算方法,对等电子密度面法、分子表面静电势法、基团加和法、晶体堆积法、定量构效关系法、经验公式法等进行分析和归类。结果表明,基于分子体积预测方法的精度取决于分子间和分子内相互作用对密度影响描述的准确度。其中,准确描述氢键和van der Waals作用充满了挑战性。基于晶体体积计算密度的核心在于晶体结构的准确预测,结构搜索要面对巨大的状态空间和高度复杂的能量曲面的困难,预测效率是亟待解决的问题。体积加和法和经验公式法存在无法区分同分异构体和晶型的缺点,且对新发现的具有特殊结构的分子由于缺乏实验数据难以获得准确的经验参数,计算结果偏差较大。引入人工神经网络、遗传算法以及支持向量机等机器学习算法后,定量构效关系法在含能化合物性能与结构关系研究中取得很大成就,模型精度进一步提高将为基于材料基因组模式的含能材料设计研发奠定基础,这也是今后密度预测方法发展的主要方向。     

1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐（TKX-50）研究进展

1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐(TKX-50)是目前引起广泛关注的新型含能离子盐。综述了TKX-50相关研究进展,包括其分子合成、晶体结构及相变、热力响应特性、爆轰性能、安全性、相容性及毒性。TKX-50因具有易合成、能量高、机械感度低和毒性低的优点而有一定的应用潜质。但是,与传统的CHNO含能材料相比,TKX-50具有不同的晶体组成、晶体中粒子间相互作用、热力性质及其内在本质,其不太理想的热安定性和相容性将限制其应用。这表明,以TKX-50为代表的含能离子盐的热力响应机制和释能机制可能不同于传统CHNO含能材料,有待于进一步研究。     

芳香羧酸类配位聚合物在含能材料中的应用研究

过渡金属-羧酸类配位聚合物由于具有一定的微孔结构,并可以通过人为设计合成特定的功能材料,在选择性客体吸附,气体贮存,离子交换和异相催化等方面存在潜在应用价值,近年来受到广泛的关注,但其作为含能材料方面的应用研究鲜见报道。由金属离子形成的配合物在分解、燃烧时形成对反应体系有催化作用的金属氧化物,能够加快分解速度,使配合物的能量更集中释放,提高了其作为含能材料的猛度和作功能力。金属-有机配位聚合物的多孔结构有利于提高贮气能力,晶体微孔中贮存大量的气体分子后,在一定条件下引爆后使其贮存的气体燃烧、爆炸,其二次燃烧和…     

晶体缺陷对CL-20/NQ共晶炸药性能影响的理论研究

为了研究晶体缺陷对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/硝基胍(NQ)共晶炸药的稳定性、感度与爆轰性能的影响,建立了"完美"型与含有晶体缺陷(掺杂、空位与位错)的CL-20/NQ共晶炸药模型。采用分子动力学方法,预测了各种模型的性能,得到了不同模型的结合能、引发键键长分布、键连双原子作用能、内聚能密度及爆轰参数并进行了比较。结果表明,与"完美"型晶体相比,缺陷晶体的结合能减小幅度为4.29%～24.33%,表明分子之间的相互作用力减弱,炸药的稳定性降低。缺陷晶体的引发键键长增大幅度为0.78%～6.04%,而键连双原子作用能减小幅度为2.86%～20.03%,内聚能密度减小幅度为2.46%～12.72%,表明炸药的感度升高,安全性变差。由于晶体缺陷的影响,炸药的密度、爆速与爆压减小幅度分别为0.58%～7.57%、0.43%～5.99%、1.19%～15.31%,表明能量密度与威力减小。因此,晶体缺陷会对CL-20/NQ共晶炸药的稳定性、感度与能量特性产生不利影响,其中空位缺陷对炸药性能的影响更为显著。     

形态滤波方法在抵肩力信号降噪中的应用研究

针对抵肩力实验信号采集过程中引入的噪声污染问题,基于数学形态学理论,提出了一种自适应多尺度形态学降噪方法。该方法采用形态开闭-闭开运算提取含噪信号的正、负冲击成分,根据不同尺度形态运算后的噪声统计分布,对不同尺度下形态运算的结果进行加权平均去噪,解决了细节保持与噪声滤波之间的矛盾。仿真实验以高斯白噪声干扰下的blocks信号为研究对象,信噪比和均方根误差为评定降噪结果的标准,结果表明该方法与传统阈值降噪方法相比具有更好的降噪效果。抵肩力实验结果的应用表明,该方法能够在有效抑制信号噪声的同时较好地保留抵肩力信号特征细节,为抵肩力信号特征的提取提供了一种降噪方法。     

球形孔泡沫纯铝准静态压缩性能

在球形孔泡沫纯铝压缩应力应变曲线基础上,研究了压缩强度、吸能能力,结果表明:球形孔泡沫纯铝与球形孔泡沫铝合金的压缩应力应变曲线相似,分为三个部分:线弹性阶段、平台阶段和密实阶段;球形孔泡沫纯铝相对于球形孔泡沫铝合金是一种吸能能力更强的、韧性性能良好的新材料。采用Gibson-Ashby的模型来分析球形孔泡沫纯铝的压缩屈服强度,吻合良好。     

亚稳态材料的变形失稳及应力平台

亚稳态的 Cr Ni系奥氏体不锈钢在 - 1 96℃拉伸应力应变曲线发现有弹塑性失稳与应力平台现象 ,试验结果表明应变率增加 ,εphεL 增大。 XRD分析证明弹塑性失稳点是应变诱发马氏体形成起始点 ,应力平台是形变硬化和相变软化在一定应变范围内达到动态平衡造成的 ,它与吕德斯带在试样中的传播有着本质的不同。测定计算得到 :产生单位体积分数马氏体相变所需的应变能 ,即相变能为 3.85× 1 0 6 J/ m3,且在弹塑性失稳及应力平台阶段其值保持恒定     

八种溶剂体系中HMX晶体形貌的分子动力学模拟和实验研究（英）

采用附着能模型(AE模型)和分子动力学方法(MD方法)预测了奥克托今(HMX)在八种常用有机溶剂中的重结晶形态。结果表明,在真空中预测得到HMX晶体形态的优势晶面分别为:(011),(11-1),(020),(100)和(10-2)。其中(100)面是极性最大的晶面,并且与溶剂分子的相互作用能最大,因而导致该面的生长速度变慢,并在最终的晶体形态中成为面积较大的优势面。(10-2)和(020)是与溶剂分子具有较小相互作用能的晶体面,在最终的晶体形态中这两个面表现为面积最小的晶面甚至是消失。计算了晶体形态的长径比,其顺序为:环戊酮>环己酮>N,N?二甲基乙酰胺(DMAC)>吡啶>丙酮>磷酸三乙酯>碳酸丙烯酯>二甲基亚砜(DMSO),这表明在二甲基亚砜和碳酸丙烯酯中进行重结晶实验更有利于HMX的球化。采用自然冷却方法在八种纯有机溶剂中对HMX进行了重结晶实验,重结晶实验结果与AE模型的模拟结果吻合良好,这表明AE模型适用于预测HMX的晶体形态,对HMX重结晶实验具有指导作用。     

多功能含能结构材料研究进展

多功能含能结构材料是化学能和动能综合利用的用于提高战斗部毁伤效能的新型功能材料.本研究着重介绍了多功能含能结构材料及其应用的国内外研究现状.对多功能含能结构材料作用特性的实验测试方法、作用机理和理论模型进行了简要的评述;阐述了冲击诱发化学反应(shock induced chemical reactions,SICR)方法理论基础和数值仿真方法,并对多功能含能材料的应用现状和前景进行了展望,并给出了近期开展工作的建议.     

炸药晶体结构形态调控——研究进展及发展建议

炸药晶体的结构形态是决定其安全、力学、相容性、长贮性、起爆、爆轰等性能和用途的本质要素。针对现用高能炸药的特点和不足,设计和调控炸药晶体结构形态以提升炸药性能,进而改进和拓展炸药用途已成为含能材料发展的一个重要方向。本文主要分析和总结了炸药的多晶型、颗粒形貌、晶体品质和聚集结构等晶体结构形态特征的结晶控制原理和方法的研究发展状况,并重点分析讨论了高品质降感炸药、球形炸药、微纳多级结构炸药等新型结构炸药的晶体结构特征、主要性能和应用前景。结合当前炸药结晶存在的主要问题,基于炸药晶体工程思想给出了相应的发展建议,期望为炸药的生产、加工和应用提供指导。     

低温燃烧法制备掺钦钇钼石榴石透明陶瓷材料的研究

掺钦钇铝石榴石（Nd:Y3Al5Ol2,Nd：YAG)透明多晶陶瓷和相同化孝组成的单晶相比具有容易制造、成本低、尺寸大、掺杂浓度高、热导率高、热稳定性高、可大批量生产、易实现多层和多功能的陶瓷结构等优点，成为了单晶最有力的替代者。采用低温燃烧法以Nd203、Y203、Al(NO3)3·9H2O、柠檬酸为原料,TEOS为烧结添加剂于1100℃合成出分散均匀、轻微硬团聚、超细、YAG立方晶相(Nd0.01Y0.99)3Al5O12前驱体粉末，经过1700℃真空烧结5h得到Nd:YAG透明陶瓷。釆用TG-DTA、XRD、FT-IR、TEM、ESEM和FT-PL等测试手段对（Nd0.01Y0.99)3Al5O12-瓷材料进行表征。研究结果表明：YAG的析晶温度为850℃,在热处理过程中出现少量的YAP中间相，于1050℃：转变成YAG立方晶相；（Nd0.01Y0.99)3Al5O12陶瓷材料的激光工作波长为1.065μm，和相同组分的单晶相比存在轻微的红移；随着透射光波长的增加，透光率逐渐增加，在可见光区透光率约为45%，在近红外光区透光率约为58%.     

奥克托今/3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮共晶炸药晶体缺陷的分子动力学研究

为研究晶体缺陷对奥克托今（HMX）/3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮（NTO）共晶炸药稳定性、感度、爆轰性能与力学性能的影响,分别建立了“完美”型与含有掺杂、空位与位错缺陷的共晶炸药模型。采用分子动力学方法,预测了“完美”型与缺陷模型的性能,得到了不同模型的结合能、引发键键长分布、键连双原子作用能、内聚能密度、爆轰参数与力学性能参数,并进行了比较。结果表明：由于晶体缺陷的影响,造成炸药结合能减小,稳定性变差;缺陷晶体的引发键最大键长增大,键连双原子作用能与内聚能密度减小,炸药感度升高,安全性减弱;缺陷晶体的密度、爆速与爆压减小,能量密度与威力降低;与“完美”型晶体相比,缺陷晶体的拉伸模量、体积模量与剪切模量减小,柯西压力增大,炸药刚性与硬度减弱,柔性与延展性增强。