几种典型含能材料光激发解离的含时密度泛函理论研究

硝基类炸药作为主要的含能材料在极端条件下引爆可释放巨大能量,深入研究硝基类炸药光激发后的载流子动力学过程,将有助于揭示含能材料复杂的超快爆轰物理机制.本文利用含时密度泛函理论和分子动力学计算方法,研究了典型的硝基类炸药,包括硝基甲烷(NM)、环三亚甲基三硝胺(RDX)和三氨基三硝基苯(TATB)分子的光激发解离过程,观察了含能分子瞬时的结构变化和分子能级随时间的演化过程.结果显示,含能分子在200 fs范围内发生解离,激发载流子的能量通过电声耦合以热能的形式传输给原子,从而导致C-H,N-H或N-N化学键的断裂,从甲基、亚甲基或氨基中解离出的氢原子会与近邻的硝基形成新的基团.在这一过程中,激发电子和空穴附近的能级也随着时间演化发生明显变化,表明电子耦合也在解离过程中发挥了作用.我们的研究加深了含能材料激发态结构弛豫和激发能级演化的认识,并对光诱导反应及含能材料激光点火初始步骤提供了新的理解.