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Hugoniot curve calculation of nitromethane decomposition mixtures:A reactive force field molecular dynamics approach
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作者 郭峰 张红 +2 位作者 胡海泉 程新路 张利燕 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第11期563-568,共6页
We investigate the Hugoniot curve, shock-particle velocity relations, and Chapman-Jouguet conditions of the hot dense system through molecular dynamics (MD) simulations. The detailed pathways from crystal nitrometha... We investigate the Hugoniot curve, shock-particle velocity relations, and Chapman-Jouguet conditions of the hot dense system through molecular dynamics (MD) simulations. The detailed pathways from crystal nitromethane to reacted state by shock compression are simulated. The phase transition of N2 and CO mixture is found at about 10 GPa, and the main reason is that the dissociation of the C-O bond and the formation of C-C bond start at 10.0-11.0 GPa. The unreacted state simulations of nitromethane are consistent with shock Hugoniot data. The complete pathway from unreacted to reacted state is discussed. Through chemical species analysis, we find that the C-N bond breaking is the main event of the shock-induced nitromethane decomposition. 展开更多
关键词 Hugoniot state NITROMETHANE molecular dynamics reactive force field
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Molecular Dynamics Study of Hydrogen Dissociation on Pd Surfaces using Reactive Force Fields
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作者 Yue-mei Sun Xiang-jian Shen Xiao-hong Yan 《Chinese Journal of Chemical Physics》 SCIE CAS CSCD 2017年第1期71-76,I0001,I0002,共8页
Developing a widely-used reactive force field is meaningful to explore the fundamental reaction mechanism on gas-surface chemical reaction dynamics due to its very high computational efficiency. We here present a stud... Developing a widely-used reactive force field is meaningful to explore the fundamental reaction mechanism on gas-surface chemical reaction dynamics due to its very high computational efficiency. We here present a study of hydrogen and its deuterated molecules dissociation on Pd surfaces based on a full-dimensional potential energy surface (PES) constructed by using a simple second moment approximation reactive force field (SMA RFF). Although the descriptions of the adsorbate-substrate interaction contain only the dissociation reaction of H2/Pd(111) system, a good transferability of SMA potential energy surface (PES) is shown to investigate the hydrogen dissociation on Pd(100). Our simulation results show that, the dissociation probabilities of H2 and its deuterated molecules on Pd(111) and Pd(100) surfaces keep non-monotonous variations with respect to the incident energy Ei, which is in good agreement with the previous ab initio molecular dynamics. Furthermore, for the oriented molecules, the dissociation probabilities of the oriented H2 (D2 and T2) molecule have the same orientation dependence behavior as those oriented HD (HT and DT) molecules. 展开更多
关键词 Surface reaction dynamics Hydrogen dissociation reactive force fields Isotope effect
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A Molecular Dynamic Modelling of Cross-Linked Epoxy Resin Using Reactive Force Field: Thermo-Mechanical Properties
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作者 Olanrewaju Aluko S. Gotham G. M. Odegard 《Journal of Mechanics Engineering and Automation》 2015年第12期655-666,共12页
The reactive force field was used to study the molecular dynamics of cross-linked EPON 862 (diglycidyl ether of bisphenol-F) and DETDA (diethylene toluene diamine) system in order to predict its thermo-mechanical ... The reactive force field was used to study the molecular dynamics of cross-linked EPON 862 (diglycidyl ether of bisphenol-F) and DETDA (diethylene toluene diamine) system in order to predict its thermo-mechanical behavior under different loading conditions. The approach for building the EPON 862/DETDA structures, cross-linking, and equilibration of the systems, and the evaluation of the models are presented. The mechanical properties such as Young's and shear moduli, Poisson ratio, and yields strength as well as thermal properties such as glass transition temperature and coefficient of thermal expansion are predicted. The results are in close agreement with both experimental data and simulated results in literature. 展开更多
关键词 reactive force field molecular dynamics THERMO-MECHANICAL equilibration.
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生物质焦油模化物的热裂解ReaxFF模拟研究
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作者 钱琳 赵南锦 +2 位作者 薛金凯 管新蕾 郭飞强 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期66-71,共6页
实现热裂解过程中焦油的有效脱除是生物质热利用技术中亟待解决的问题。通过密度泛函理论研究生物质焦油3种典型模型化合物(甲苯、苯酚和萘)的分子结构性质,并基于ReaxFF反应力场对焦油模型化合物的热裂解过程进行分子动力学模拟研究,... 实现热裂解过程中焦油的有效脱除是生物质热利用技术中亟待解决的问题。通过密度泛函理论研究生物质焦油3种典型模型化合物(甲苯、苯酚和萘)的分子结构性质,并基于ReaxFF反应力场对焦油模型化合物的热裂解过程进行分子动力学模拟研究,从分子层面对焦油热裂解的复杂反应过程进行深入研究。探索反应温度对热裂解特性的影响,详细研究甲苯、苯酚和萘的热裂解机理及中间自由基、气体产物的演化过程。结果表明:C—H键的Mayer键级小于C—C键,易于断裂,芳香环侧链结构中氢的Mulliken电荷数大,具有更强的活性;3种焦油模型化合物的热稳定性依次为:萘>苯酚>甲苯,其中苯酚具有高活性的含氧官能团,二次裂解易生成气体产物,而甲苯和萘二次裂解易生成稠环芳烃;甲苯、苯酚和萘的一级反应动力学热解表观活化能分别为314.03、362.39、396.74 kJ/mol。 展开更多
关键词 生物质 焦油模型化合物 反应力场 分子模拟
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含Cl反应力场ReaxFF的评估
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作者 肖卓君 肖斌 +6 位作者 何祺 王晴晴 刘馥 刘艳洁 王宁 李伟 刘轶 《火炸药学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期81-90,共10页
为考察反应分子力场ReaxFF对高氯酸铵(AP)推进剂材料模拟的适应性,从文献中选取了两种含C/H/O/N/Cl有机反应力场,对AP系统中含Cl的典型小分子进行结构和能量扫描计算,并对AP高温裂解过程进行了反应分子动力学模拟。通过对比反应力场与... 为考察反应分子力场ReaxFF对高氯酸铵(AP)推进剂材料模拟的适应性,从文献中选取了两种含C/H/O/N/Cl有机反应力场,对AP系统中含Cl的典型小分子进行结构和能量扫描计算,并对AP高温裂解过程进行了反应分子动力学模拟。通过对比反应力场与量子力学计算结果发现,现有的含Cl有机反应力场在计算HCl以及部分含H、Cl元素的小分子能量时表现较好,但无法合理描述含高价Cl小分子以及含N、O元素小分子的化学键形成和断裂行为。根据力场分子动力学模拟结果的物种分析,现有的反应力场模拟获得了H_(2)O、O_(2)、NH_(3)、HCl等产物小分子,但未能复现ClO_(2)、HClO 4等高价Cl产物以及NO_(2)、N_(2)O的生成,与实验观测有显著差距。 展开更多
关键词 量子力学 含Cl反应力场reaxff 反应分子动力学 高氯酸铵 AP 固体推进剂
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局部高温诱发CL-20/TNT共晶炸药内反应流传播的ReaxFF分子动力学模拟 被引量:1
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作者 刘海 杨镇 何远航 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期557-563,共7页
为了更好地理解含能材料热点火以及热点成长现象和机理,采用基于第一性原理的Reax FF反应力场分子动力学方法模拟了CL-20/TNT共晶炸药内反应流传播的时空行为和初始化学反应过程。通过NVT系统和Berendsen温度耦合方法对含能材料两端连... 为了更好地理解含能材料热点火以及热点成长现象和机理,采用基于第一性原理的Reax FF反应力场分子动力学方法模拟了CL-20/TNT共晶炸药内反应流传播的时空行为和初始化学反应过程。通过NVT系统和Berendsen温度耦合方法对含能材料两端连续快速加热并维持在高温条件激发反应流的产生和传播,并采用两种不同的热载荷(3000,4000 K)比较温度差异对初始热分解速率的影响。两端热载荷为4000 K时,热冲击传播过程中粒子瞬时平动速率可达0.5 km·s^(-1),高于3000 K时的情况。于此同时,两端高温将引发含能材料逐渐发生分解反应,同温度条件下,共晶中CL-20的分解速率高于TNT。另外,热载荷温度越高,共晶完全分解所需的时间越少。产物识别分析显示,CL-20/TNT共晶热分解的主要产物为NO_2,NO,H_2O,N_2,CO,CO_2,HONO,H_2O_2,CHON,H_2N,CH_2O,其中,NO_2是初始热分解产物,而最终产物为N_2,CO_2和H_2O。 展开更多
关键词 反应力场 反应流 分子动力学 CL-20/TNT共晶炸药
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CL-20/DNB共晶高温热解的ReaxFF反应分子动力学模拟 被引量:5
7
作者 苗瑞珍 刘伟帅 +5 位作者 王建 康志鹏 杨潞霞 荆兴斌 付一政 刘亚青 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期111-117,共7页
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-2... 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。 展开更多
关键词 reaxff力场 反应分子动力学 六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/1 3-二硝基苯(DNB)共晶 热解机理
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ReaxFF反应力场在金属铝中的适用性 被引量:5
8
作者 宋文雄 赵世金 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期571-574,共4页
为了研究基于键级的反应力场(ReaxFF)对金属体系的适用性,采用ReaxFF势计算单质铝的多种物理性能,并与嵌入原子势(EAM)计算值、第一性原理(DFT)计算值、实验值对比。结果表明,在描述体系能量和弹性系数方面,DFT与EAM两种方法得到的结果... 为了研究基于键级的反应力场(ReaxFF)对金属体系的适用性,采用ReaxFF势计算单质铝的多种物理性能,并与嵌入原子势(EAM)计算值、第一性原理(DFT)计算值、实验值对比。结果表明,在描述体系能量和弹性系数方面,DFT与EAM两种方法得到的结果与实验值吻合非常好,ReaxFF整体吻合较好。DFT、EAM、ReaxFF三种方法能很好地区分金属铝面心(fcc)、体心(bcc)、简单立方(sc)三种结构。ReaxFF计算fcc的结合能为4.0248eV,实验值为4.05eV;ReaxFF计算空位形成能Ev=1.136eV稍微偏大,实验值为0.68eV;ReaxFF得到的弹性系数与实验值差别较大;ReaxFF不能正确预测柯西压力PCauchy=(C12-C44)/2≈0,一般情况下柯西压力并不为零。因此,ReaxFF势对亚稳态分子间复合物(MICs)体系在能量释放和传播方面的研究能得到较好的结果,对弹性性能描述欠缺。 展开更多
关键词 物理化学 分子动力学 反应力场(reaxff)
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金属单原子模型催化剂热稳定性的反应力场(ReaxFF)分子动力学研究 被引量:2
9
作者 杨文琦 汪杰 +1 位作者 乔园园 王贵昌 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2078-2082,共5页
金属催化剂的催化活性与其配位不饱和度密切相关,配位不饱和度越高,其催化活性一般也越高。单原子催化剂(SAC,或ad-atom)模型在金属表面上具有最小的配位数,因而往往表现为高的催化活性,但其热稳定性值得深入的研究。在本工作中,我们基... 金属催化剂的催化活性与其配位不饱和度密切相关,配位不饱和度越高,其催化活性一般也越高。单原子催化剂(SAC,或ad-atom)模型在金属表面上具有最小的配位数,因而往往表现为高的催化活性,但其热稳定性值得深入的研究。在本工作中,我们基于反应力场(ReaxFF),运用LAMMPS(large-scale atomic/molecular massively parallel simulator)软件包进行大尺度分子动力学模拟,研究单原子模型的热稳定性。模拟结果表明,只有Fe1/Fe(100)单原子催化模型可以在较高温度下稳定存在,而其他金属单原子表面分散结构则随温度升高而发生单原子聚集形成大的纳米颗粒或沉降的现象。同时我们也研究了在H2和O2气氛下Ni1/Ni(111)催化剂的动态行为,发现与真空环境相比,H2和O2气氛在一定程度上提高了催化剂的稳定性。 展开更多
关键词 金属单原子催化剂模型 热稳定性 反应力场(reaxff) 分子动力学 H2和O2气氛
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CL⁃20热膨胀和相变的ReaxFF⁃lg分子动力学模拟 被引量:2
10
作者 李昌霖 甘强 +3 位作者 冯长根 胡靖伟 朱双飞 程年寿 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期325-331,共7页
为研究六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)的高温热膨胀及相变规律,采用分子动力学方法和价角势能截距修正的ReaxFF-lg反应力场,考察了ε-、β-和γ-CL-20的相变温度和热膨胀系数。为验证力场适用性,计算了常温下三种晶型CL-20的密度、晶胞参... 为研究六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)的高温热膨胀及相变规律,采用分子动力学方法和价角势能截距修正的ReaxFF-lg反应力场,考察了ε-、β-和γ-CL-20的相变温度和热膨胀系数。为验证力场适用性,计算了常温下三种晶型CL-20的密度、晶胞参数、晶格能和升华焓。采用三阶Birch–Murnaghan状态方程拟合了0~280 GPa压力范围内ε-CL-20的p-V曲线,得到体积模量及随拟合压力升高的变化规律。高温相变分析表明,ε-和γ⁃CL-20在398~423 K产生相变,其中ε→γ相变在常压下发生,而γ→ε相变需加压0.5 GPa以上;β-CL-20在448 K下转变为ε晶型。热膨胀系数分析表明,ε-CL-20高温热膨胀过程无明显各向异性,而β-和γ-CL-20分别在c方向和b方向表现出各向异性。研究结果表明,修正的ReaxFF-lg反应力场适用于ε-、β-和γ-CL-20的高温高压相变研究,对于β-和γ-CL-20的热膨胀研究精度有待进一步提高。 展开更多
关键词 CL-20 reaxff-lg反应性力场 价角势能修正 高温高压相变 热膨胀
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典型聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯废塑料共热解初期反应特性的ReaxFF分子模拟研究 被引量:6
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作者 贺兴处 陈德珍 《燃料化学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期346-356,共11页
利用反应力场分子模拟(ReaxFF MD)结合反应机理自分析(AutoRMA)工具,从动力学、热解产物及热解反应过程三方面在原子层面上,探究了典型聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)废塑料共热解的反应机理。结果表明,PE/PP/PS共热解的动力学... 利用反应力场分子模拟(ReaxFF MD)结合反应机理自分析(AutoRMA)工具,从动力学、热解产物及热解反应过程三方面在原子层面上,探究了典型聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)废塑料共热解的反应机理。结果表明,PE/PP/PS共热解的动力学参数可通过C-C键和C-H键断裂的活化能加权求和(即Char Bonds方法)获得,其活化能估计值与实验值的误差仅为±3.86%;因此可以由C-C键和C-H键的断裂来表征热解反应进程。对于PP-PE混合塑料热解体系,增加其中PP的含量可以提高油和可燃气的产率,而对于PP-PS体系,增加其中PS的含量可以提高炭和油产率。在PE-PPPS混合塑料热解体系中,高温有利于重油裂解为轻油,轻油相对含量从2400 K的44.77%升高到3000 K的56.18%;同时,高温也会促使烃类小分子进一步裂解生成更小分子产物,随热解温度升高,H_(2)和CH_(4)的产率明显上升,但C_(2)H_(4)和C_(3)H_(6)的产率先上升后降低。相比单独热解,混合热解体系开始反应时间有所延迟,但达到第一次平衡的总反应时间缩短,并且更倾向于生成较小分子的产物。PE和PP单独热解时,首先生成其单体,继而生成烷烃和小分子气体,但在共热解过程中,首先生成烷烃和小分子气体,而后生成其单体。PS在共热解体系中更倾向于提供·H自由基从而与PE和PP生成的自由基结合,形成小分子烷烃或H_(2)。 展开更多
关键词 共热解 废塑料 反应力场分子模拟(reaxff MD) 动力学 聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)
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基于ReaxFF的甲烷无氧转化气相机理研究 被引量:2
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作者 刘源 段增晖 +1 位作者 李隽 常春然 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第11期107-113,共7页
晶格限域的Fe■SiO_(2)催化剂在甲烷无氧直接转化生成乙烯的反应中表现出优异的性能。但由于反应条件苛刻,对该反应的分子机理研究一直存在较大的挑战。本文采用反应力场的方法模拟近反应条件下甲烷无氧直接转化气相机理,发现当气相只... 晶格限域的Fe■SiO_(2)催化剂在甲烷无氧直接转化生成乙烯的反应中表现出优异的性能。但由于反应条件苛刻,对该反应的分子机理研究一直存在较大的挑战。本文采用反应力场的方法模拟近反应条件下甲烷无氧直接转化气相机理,发现当气相只有甲基自由基存在时,很难产生高选择性乙烯产物。当在气相中加入氢自由基时,虽能在一定程度上增强甲烷的活化,但同样较难生成乙烯。高温下热裂解C_(10)H_(12)分子能同时产生氢自由基和乙烯分子,能合理地解释实验中加入C_(10)H_(12)分子可以在一定程度上提高乙烯选择性和甲烷转化率的现象。总之,甲烷无氧直接转化高选择性生成乙烯很难通过单纯的气相反应机理来实现,进而推断催化剂表面在甲烷活化和转化的整个过程中起着至关重要的作用。 展开更多
关键词 甲烷活化 无氧转化 气相机理 反应力场 计算模拟 热裂解反应
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ReaxFF力场方法及其在含能材料中应用的研究进展 被引量:2
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作者 宋亮 梅争 +2 位作者 张天成 周素芹 居学海 《火炸药学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期465-483,I0001,共20页
从ReaxFF分子动力学在含能材料领域的研究出发,聚焦于研究ReaxFF力场的构成和发展、力场优化方法和应用等方面。在力场开发方法方面,对局域优化方法和全局优化方法进行了重点介绍,其中多目标进化策略、增强的粒子群优化算法和基于神经... 从ReaxFF分子动力学在含能材料领域的研究出发,聚焦于研究ReaxFF力场的构成和发展、力场优化方法和应用等方面。在力场开发方法方面,对局域优化方法和全局优化方法进行了重点介绍,其中多目标进化策略、增强的粒子群优化算法和基于神经网络等开发策略均有所涵盖。ReaxFF力场在含能材料模拟中的应用主要集中于探索微观结构反应性、动态演化、初始化学分解路径以及中间和稳定产物分布。根据外部条件不同而分为加热和加压、冲击加载、激光和电场等应用场景。研究主体涉及单质/共混/共晶炸药、含有缺陷炸药以及金属复合炸药。最后,针对ReaxFF的准确性和迁移性进行了展望,认为在人工智能框架下的ReaxFF反应力场训练可以大幅提高其在复杂反应中的准确性。在连续体仿真模型中,若将其局域反应度等关键指标的唯象规律替换为基于ReaxFF的反应规律,将是实现一个包含力学和化学动力学响应耦合的多尺度全流程仿真计算的重要途径。附参考文献134篇。 展开更多
关键词 量子化学 含能材料 reaxff力场优化 分子模拟 理论计算
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Early Stage of Oxidation on Titanium Surface by Reactive Molecular Dynamics Simulation
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作者 Liang Yang Caizhuang Wang +2 位作者 Shiwei Lin Yang Cao Xiaoheng Liu 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2018年第4期177-188,共12页
Understanding of metal oxidation is very critical to corrosion control,catalysis synthesis,and advanced materials engineering.Metal oxidation is a very complex phenomenon,with many different processes which are couple... Understanding of metal oxidation is very critical to corrosion control,catalysis synthesis,and advanced materials engineering.Metal oxidation is a very complex phenomenon,with many different processes which are coupled and involved from the onset of reaction.In this work,the initial stage of oxidation on titanium surface was investigated in atomic scale by molecular dynamics(MD)simulations using a reactive force field(ReaxFF).We show that oxygen transport is the dominant process during the initial oxidation.Our simulation also demonstrate that a compressive stress was generated in the oxide layer which blocked the oxygen transport perpendicular to the Titanium(0001)surface and further prevented oxidation in the deeper layers.The mechanism of initial oxidation observed in this work can be also applicable to other self-limiting oxidation. 展开更多
关键词 reactive force field metal oxidation self-limiting oxidation Titanium(0001)surface molecular dynamics simulation compressive stress
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异伍兹烷衍生物高温热分解规律分子动力学模拟
15
作者 甘强 张文博 +5 位作者 王亚军 梁琳 任姝 李根 何佳峻 冯长根 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期711-725,共15页
异伍兹烷衍生物是当前最具潜力的笼形含能化合物之一,为了系统研究异伍兹烷衍生物的高温热分解规律,明确其爆轰机理,研究采用ReaxFF-lg反应性力场和分子动力学方法,对3种典型异伍兹烷衍生物ε-六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)、4,10-二... 异伍兹烷衍生物是当前最具潜力的笼形含能化合物之一,为了系统研究异伍兹烷衍生物的高温热分解规律,明确其爆轰机理,研究采用ReaxFF-lg反应性力场和分子动力学方法,对3种典型异伍兹烷衍生物ε-六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)、4,10-二硝基-2,6,8,12-四氧杂-4,10-二氮杂四环十二烷(TEX)和4,10-二叠氮甲基-2,6,8,12-四硝基六氮杂异伍兹烷(BATNIW)进行高温(1500~3500 K)热分解研究。结果表明,脱硝基和开环是3种衍生物的主要初始反应,其中开环反应集中在五元环C—N键或C—O键。不同温度下热分解终产物中CO_(2)和H_(2)含量差异较大,3000 K以上N_(2)含量接近。3种衍生物中,BATNIW热分解生成N_(2)速度最快、产量最高;TEX热分解易生成团簇,生成特征产物乙二醛。3种衍生物热分解活化能排序为TEX>BATNIW>ε-CL-20,说明TEX稳定性最好。研究初步揭示了3种异伍兹烷衍生物分子结构与热分解规律的内在联系。 展开更多
关键词 异伍兹烷衍生物 六硝基六氮杂异伍兹烷 高温热分解 分子动力学方法 reaxff-lg反应性力场
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飞秒激光作用TATB的大尺寸分子动力学模拟
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作者 伍俊英 李钧剑 +2 位作者 尚伊平 杨利军 陈朗 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2351-2363,共13页
深入认识炸药在飞秒激光作用下的快速化学反应机制和热力响应特征,是发展飞秒激光加工炸药技术的基础。采用分子动力学方法,基于ReaxFF/lg反应力场,对不同飞秒激光能量作用于三氨基三硝基苯(TATB)炸药的过程进行亚微米级大尺寸反应分子... 深入认识炸药在飞秒激光作用下的快速化学反应机制和热力响应特征,是发展飞秒激光加工炸药技术的基础。采用分子动力学方法,基于ReaxFF/lg反应力场,对不同飞秒激光能量作用于三氨基三硝基苯(TATB)炸药的过程进行亚微米级大尺寸反应分子动力学模拟,考虑炸药对飞秒激光的非线性吸收过程,分析炸药烧蚀去除机制、产物演化和热力响应规律。计算结果表明:不同强度的飞秒激光对TATB的烧蚀去除机制不同,当激光强度为6.79×10^(17) W/m^(2)时,TATB发生等离子体烧蚀,产物以小分子或等离子体为主;当激光强度为3.39×10^(17) W/m^(2)时,TATB发生不完全反应,产物以大分子或团簇为主;当激光强度为1.69×10^(17) W/m^(2)时,TATB发生光机械烧蚀,以完整分子形式被剥离去除;激光强度越高,烧蚀产物的温度和粒子速度越高,对烧蚀区周围的热力响应越严重,有引发点火的风险。 展开更多
关键词 三氨基三硝基苯 飞秒激光 分子动力学计算 reaxff/lg反应力场
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一种有机杂化硅膜分子模型的重构研究
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作者 张涛 靳栋梁 +1 位作者 吴楠桦 钟璟 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期40-46,共7页
BTESA有机杂化硅膜具有复杂的无定形结构,广泛应用于气体分离、有机溶剂处理和能源存储等领域,但目前仍缺乏成熟的分子级表征模型.本文结合分子动力学模拟和反应力场,在纳米尺度上构建BTESA有机杂化硅膜的分子模型,并采用X射线衍射、径... BTESA有机杂化硅膜具有复杂的无定形结构,广泛应用于气体分离、有机溶剂处理和能源存储等领域,但目前仍缺乏成熟的分子级表征模型.本文结合分子动力学模拟和反应力场,在纳米尺度上构建BTESA有机杂化硅膜的分子模型,并采用X射线衍射、径向分布函数、孔径分布探究该分子模型的化学结构和孔隙拓扑.结果表明,采用分子模拟构建的BTESA样品的衍射图样与实验数据一致,准确地揭示了BTESA有机杂化硅膜的化学结构与孔隙拓扑.研究结果为BTESA有机杂化硅膜及其他有机杂化硅膜提供了一种成熟的纳米尺度模型构建方法和孔隙拓扑结构分析技术. 展开更多
关键词 有机杂化硅膜 分子动力学 化学结构 反应力场 孔隙拓扑
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单一应力下义马原煤热解产物演变规律及动力学模拟
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作者 邓奇根 刘朝思 +1 位作者 姚萌萌 李帅 《煤炭转化》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期19-27,共9页
以义马原煤为研究对象,构造晶胞,在ReaxFF力场中施加5×10^(9)s^(-1)的应变率,模拟1000K,1500K,2000K,2500K,3000K终温下义马原煤热解演化过程,分析单一应力对褐煤热解的作用效果。结果表明:不同模拟终温下,不同方向上的应力是上下... 以义马原煤为研究对象,构造晶胞,在ReaxFF力场中施加5×10^(9)s^(-1)的应变率,模拟1000K,1500K,2000K,2500K,3000K终温下义马原煤热解演化过程,分析单一应力对褐煤热解的作用效果。结果表明:不同模拟终温下,不同方向上的应力是上下波动的,在允许一定误差下,应力范围保持在±70GPa之间,即此应力对褐煤热解的作用受温度的影响较弱。模拟过程中,在26ps~33ps之间分子数出现极小值点而种类数出现极大值点,义马原煤热解模拟起始温度点不变,但缩聚反应的温度区间前移,表明反应前期单一应力作用效果优于温度作用效果,应力促进了整体的反应进程。受缩聚反应的影响,CO,CH_(4),H_(2)O和NH_(3)含量先升后降,符合热解一般规律,说明应力没有改变反应的最终趋势。H_(2)和·H的数量随反应进行持续上升,说明缩聚反应过程中,此应力作用促进焦油裂解生成的·H的数量大于缩聚反应消耗的·H的数量;同时,·H和H_(2)含量升高,促进·SH与·H结合,提高了H_(2)S的产率。 展开更多
关键词 分子模拟 晶胞 应力 reaxff力场 热解产物
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干酪根热解生烃分子模拟研究进展
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作者 郭成波 李美俊 +1 位作者 刘晓强 韩秋雅 《沉积学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1494-1511,共18页
【意义】干酪根是世界上最丰富的天然有机质来源,研究干酪根的热解对油页岩的开发利用具有重要的意义。传统的热解生烃模拟实验难以深入揭示干酪根热解机理,而分子模拟方法可从原子分子水平上深入揭示干酪根热解的微观机理,是一种重要... 【意义】干酪根是世界上最丰富的天然有机质来源,研究干酪根的热解对油页岩的开发利用具有重要的意义。传统的热解生烃模拟实验难以深入揭示干酪根热解机理,而分子模拟方法可从原子分子水平上深入揭示干酪根热解的微观机理,是一种重要的研究手段。【进展】对干酪根热解生烃的分子模拟研究进展进行了述评,并结合实验结果,分别阐述了温度、升温速率、水、压力、页岩矿物组分对于干酪根热解的影响。主要有:(1)构建干酪根分子结构模型最常用的方法是基于实验分析方法中获得的元素、官能团信息和结构参数;(2)温度、升温速率、水、压力、页岩矿物组分对干酪根热解产物分子数和组分均存在不同程度的影响,选择合适的温度和升温速率可以使得页岩油的产率达到最大;(3)H2O分子可促进干酪根和重质页岩油的裂解,提高轻质页岩油和气体的产率;(4)对比分子模拟结果与实验结果发现,分子模拟在定量描述方面具有较大的优势,而在定性描述方面稍显不足;(5)分子模拟通常采用提高模拟温度的方法进而缩短反应时间来弥补地质上的热演化时间,这是目前分子模拟技术的缺陷之一;(6)干酪根的高温模拟会产生大量的C2H4,这与实验事实和地质概况不符,也是当前分子模拟的不足之处。【展望】展望未来,干酪根热解生烃分子模拟研究可在以下方面取得发展:(1)使用机器学习法快速构建相对分子量达上百万,并且同时反映干酪根化学结构和孔隙结构的分子结构模型;(2)建立富含页岩矿物组分、地层水、有机酸以及无机盐等多尺度且复杂的干酪根模型;(3)深入研究升温速率、水的相态、地层水、压力、矿物组分以及不同热演化程度对干酪根热解的影响;4)结合实际地质概况探索低温条件下干酪根的热解生烃机制,进而弥补实验—地质—理论之间的鸿沟,为页岩油和页岩气的勘探与开发提供重要的参考信息和理论指导。 展开更多
关键词 干酪根 分子结构模型 热解机理 分子动力学模拟 reaxff力场
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基于程序升温试验的煤自燃特性及微观机理研究
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作者 刘垚 王福生 +1 位作者 董轩萌 高东 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期94-106,共13页
针对煤在变氧条件下氧化自燃能力不同这一情况,选取褐煤、气煤、肥煤3种不同变质程度的煤作为试验样品开展了氧气体积分数为3%、5%、10%、14%、18%条件下的程序升温-气相色谱试验和基于ReaxFF力场的分子动力学模拟,根据CO、CO_(2)等的... 针对煤在变氧条件下氧化自燃能力不同这一情况,选取褐煤、气煤、肥煤3种不同变质程度的煤作为试验样品开展了氧气体积分数为3%、5%、10%、14%、18%条件下的程序升温-气相色谱试验和基于ReaxFF力场的分子动力学模拟,根据CO、CO_(2)等的生成规律和路径,探究不同变质程度煤在变氧条件下基团受氧气影响的变化特征。结果表明:煤受温度和氧气影响容易产生CO、CO_(2)等指标气体,且指标气体CO、CO_(2)呈指数上升趋势,煤的变质程度越低,在相同氧气体积分数条件下产生指标气体的温度就越低。模拟结果显示,变氧条件下煤与氧的反应可能是氧与煤受温度影响产生的活性中间体片段反应,而不是直接攻击煤的主体结构。煤在受温度影响后煤结构基团并不是直接发生改变,而是经历结构调整进行键的扭转、断裂和原子上的转变生成适合与氧气反应的活性中间体片段。变质程度越高的煤分子结构越稳定越不易受温度的影响产生活性中间体片段,通入氧气后氧与活性中间体反应的速度低于煤受温度影响产生活性中间体的速度,所以变氧条件下氧一般是与活性中间体反应生成水、CO等指标气体,而不是直接与煤主体结构反应。综合分析试验结果与模拟结果发现:褐煤在氧气体积分数处于3%、气煤在氧气体积分数处于10%~14%、肥煤在氧气体积分数处于14%~18%时,水和含氧气体的数量相较于其他阶段明显增加,说明在氧含量较低的区间内这3种不同变质程度的煤受氧气影响较大,加速了煤氧化反应进程,煤自燃倾向性高。 展开更多
关键词 煤自燃 reaxff力场 变氧条件 分子结构 活性基团
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