不同温度下HMX和RDX晶体的感度判别和力学性能预估——分子动力学比较研究

为探讨和比较炸药黑索金(RDX)和奥克托今(HMX)晶体的结构、能量和力学性质随温度的递变规律,在COMPASS力场和NPT系综下,对其合适的等原子数超晶胞模型分别进行5个温度(195,245,295,345和395 K)下的分子动力学(MD)周期性模拟研究.结果表明,随着温度的升高,RDX和HMX晶体引发键N—NO2的最大键长(L max)的逐渐增大以及引发键连双原子作用能(E N—N)和内聚能密度(CED)的逐渐减小均与感度随温度升高而增大的实验结果一致;且在各温度下,RDX晶体的L max均大于HMX晶体的L max,与HMX相比,RDX的E N—N和CED均较小,上述结果与RDX比HMX感度大的实验结果相符.由此表明,在一定条件下,L max,E N—N和CED可用于高能物质的热和撞击感度的相对大小的判别.基于MD模拟原子运动轨迹,用静态法求得2种晶体的弹性力学性能,发现拉伸、体积和剪切模量均随温度的升高而递减,与实验结果一致.

五氧化二氮/硝酸/乙酸酐体系的拉曼光谱

研究了五氧化二氮/硝酸/乙酸酐体系溶剂体积比对硝解3,7-二硝基-1,3,5,7-四氮杂双环[3.3.1]壬烷(DPT)合成环四亚甲基四硝胺(HMX)的影响。结果表明:在V硝酸∶V乙酸酐=3∶2时,HMX的最高收率为87.9%。拉曼光谱研究显示,随着乙酸酐比例的增加,体系中的硝酰阳离子浓度逐渐降低并出现硝酰阳离子振动频率的显著红移,呈现五氧化二氮离子对中弯曲变形的硝酰阳离子浓度呈先增加后降低的趋势。五氧化二氮处于一定的离子对及自由离子范围之间,并且溶剂体系具有一定的供电子效应,可能具有适宜的硝化能力和较高的反应性,有利于HMX的合成。

同位素示踪法在HMX合成机理及降解产物鉴定中应用的进展

概述了同位素标记的奥克托今(HMX)及其前体化合物的合成方法,同位素示踪法在醋酐法、小分子法以及以乌洛托品为基的新法合成HMX合成反应机理研究中的应用,还介绍了使用同位素示踪法在生物降解过程中对降解产物的鉴定和定量作用。研究表明,在醋酐法制备HMX的过程中倾向于重组机理;然而在TAT法和DADN法制备HMX过程中更倾向于逐步降解机理。用标记的HMX-14C可以用于生物降解产物的准确定量和定性。

含能材料HMX-2F的性能研究

用密度泛函理论对HMX-2F分子和晶体进行计算,HMX-2F与HMX相比,发现HMX-2F电子结构有所变化,具有较高撞击感度。其晶体能带结构和态密度变化较小,预示它们具有相近的电火花感度。此外,HMX-2F具有较大的能量、密度和爆轰性能,预示其是一种潜在的综合性能良好的含能材料。

适用于TATB,RDX,HMX含能材料的全原子力场的建立与验证

报道一个适用于三种常见的含能材料分子三硝基三氨基苯(TATB),环三亚甲基三硝胺(RDX),环四亚甲基四硝胺(HMX)的全原子力场.力场采用广泛使用的力场函数形式,其中键参数通过拟合量子化学密度泛函计算的数据获得,电荷参数和范德华参数通过拟合相应的分子晶体的物理性质(密度和升华焓)优化得到.通过计算分子和分子晶体的性质显示该力场可以用来准确地预测分子结构、分子振动频率和分子晶体的晶胞参数、密度和升华焓.进一步的验证显示该力场可用来较为准确地预测分子晶体的状态方程和机械模量.

CL-20/HMX共晶THz光谱的理论研究

通过共晶的方式来改善炸药的性能已成为含能材料领域的研究热点,共晶炸药的形成主要依赖异相分子间相互作用,而这些相互作用的能级跃迁正好位于太赫兹(THz)谱的检测范围。以六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/环四亚甲基四硝胺(HMX)共晶作为模型体系,采用分子动力学与量子力学相结合的方法,对共晶组分HMX和CL-20以及CL-20/HMX共晶的THz光谱进行了理论研究,对特征峰进行了振动模式的指认和分析,确认了不同分子间相互作用在THz谱上的响应。结果表明,与共晶单体CL-20和HMX相比,CL-20/HMX共晶出现了新的特征吸收峰,分别位于0.23,0.49,1.1,1.47,1.73,2.27 THz处。其中,1.1,1.47,1.73 THz处的吸收峰均由分子间C—H…O氢键引起,而1.73 THz处的吸收峰主要指配为异相分子间氢键。

预测HMX在溶液生长下的晶习

附着能模型预测环四亚甲基四硝胺(HMX)在真空中的生长晶习面为(0 1 1)、(1 1-1)、(1 0 0)、(1 0-2)和(0 2 0)。本文运用分子动力学模拟碳酸丙烯酯(PC)溶剂对环四亚甲基四硝胺(HMX)真空生长晶习的影响,并采用修正的附着能模型预测其在溶液中的生长晶习;利用冷却结晶法析出环四亚甲基四硝胺晶体,并用光学显微镜表征晶习,将实验得到的晶习与预测的晶习进行比较,发现理论预测和实际生长习性吻合的非常好。

液相超声法制备CL-20/HMX共晶炸药与表征

采用液相超声法制得摩尔比2︰1的CL-20/HMX共晶炸药。利用扫描电镜(SEM)对其大小和形貌进行表征,利用X射线衍射法(XRD)和差示扫描量热法(DSC)对其是否形成共晶进行判定,并对其进行撞击感度测试与分析。结果表明,所制得的样品不是CL-20与HMX简单的混合,而是形成了CL-20/HMX共晶炸药;共晶炸药颗粒为片状结晶,粒径在1μm左右;CL-20/HMX共晶炸药的热分解放热峰温为246.31℃,较CL-20小4.53℃,热分解焓变比CL-20低151 J/g,热安全性与CL-20相当;共晶炸药的特性落高为37.8 cm,比CL-20高24.7 cm,比HMX高18.2 cm。

HMX分子构象转变机理的理论研究

本工作采用密度泛函理论(DFT)方法研究了5种环四亚甲基四硝胺(HMX)稳定分子构象的转变机理,在B3LYP/cc-pVDZ水平下优化了两种转变路径(Ⅰ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ和Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ)势能面上各驻点(稳定构象、过渡态)的几何构型,采用极化连续介质模型(PCM)探究了两条转变路径的溶剂化效应.结果表明,第一步转变(Ⅰ→Ⅲ和Ⅱ→Ⅲ)在气相和溶剂中均是决速步骤,溶剂效应使Ⅰ→Ⅴ的转变能垒升高,Ⅱ→Ⅴ的转变能垒有所降低.