三种含能材料力学行为应变率效应的实验研究

利用分离式霍普金森杆和万能材料试验机对复合固体推进剂(CSP)、高聚物粘接炸药(PBX)和B炸药(Comp.B)三种材料进行了高应变率和准静态压缩实验,得到了常温常压下,不同应变率的材料应力 应变曲线,对这三种材料本构行为的应变率效应进行了研究。

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.

TATB基PBX介观结构的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学对四种TATB基PBX的介观结构及其演变过程进行了研究。结果表明:聚合物在单质炸药TATB中形成线形的网状结构,但没有完全包覆TATB;随着聚三氟氯乙烯重复单元在聚合物中含量比例的增加,聚合物在TATB中的扩散变得越来越容易;温度升高也会使更多的聚合物扩散到TATB中。研究发现,温度在400K时,聚合物形成蜂窝状结构,能很好地包覆TATB。

硅烷偶联剂与TATB分子间相互作用的理论研究

利用密度泛函理论LDA/PW方法对γ-氨基丙基三醇硅烷(KH5501)偶联剂和1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)分子间相互作用及其偶联机制进行了理论研究。结果表明硅烷偶联剂与TATB分子间的相互作用,改变了TATB分子的平面结构,增强了TATB分子的C—NO2键强度,降低了TATB分子的光热稳定性。另外,计算结果还表明硅烷偶联剂羟基上的氢与TATB硝基上的氧之间形成的氢键作用是硅烷偶联联剂与TATB发生偶联作用的主要形式,这一结论与实验预测结果一致。

TATB序列炸药的结构-性质的理论研究

用最新的PM5方法研究了TATB序列炸药——平面多环芳香类以及立体芳香类炸药的结构及性质。得到了它们的电子结构、前线轨道能级差、红外光谱以及热力学性质等。在此基础上利用VLW程序得到了这些化合物的理论爆轰参数。结果表明，对平面芳香环的氨基硝基炸药而言，环的数目增加降低了以其为基的炸药的稳定性；而对立体成环的芳香类化合物而言，其稳定性与苯并环的数目有以下关系5>3>4>6个苯并环。这些数据为以后合成研究此类炸药提供了可供极具参考价值的信息。

十六烷基三甲基溴化铵插层氧化石墨结构的分子模拟

利用分子模拟方法研究了十六烷基三甲基溴化铵（C16TAB）分子数对C16TAB/GO插层复合物的结构变化,探讨了C16TAB在GO层间的排列方式,并通过实验数据进行验证。模拟结果表明,优化后GO结构模型的层间距为0.849 nm;C16TAB/GO插层复合物的层间距随着C16TAB分子数的增加呈5个阶梯状逐渐增大,层间距分别为1.56、1.98、2.33、2.76和3.40 nm,插层饱和时C16TAB分子达到28个。实验结果显示,随着C16TAB分子数的增加,C16TAB/GO插层复合物的层间距逐渐增大,插层饱和时为3.40 nm,实验结果与模拟结果能够很好地吻合。C16TAB在GO层间可能的排列方式为1~5层平躺排列或单层平躺、单层倾斜和单层直立,从能量和结构的角度探明了C16TAB在GO层间的最优排列为1~5层平躺排列。

高压下铝的弹性系数的分子动力学模拟

采用Y.M ish in的EAM势和分子动力学方法,对零温下-15-20 GPa范围内铝的弹性系数进行了研究,得到了弹性系数随压强的变化关系.利用Murnagahan等温状态方程对压强和体积关系进行了拟合,得到铝的零压体模量为73.5 GPa.该结果与相关文献资料报导的值在误差范围内符合得很好.通过和实验值的比较,说明该相互作用势的适用范围可以到15 GPa.

高压下空位浓度对铝的弹性性质的影响

运用分子动力学方法及Y．Mishin的EAM势，计算得到铝的空位形成能为0.70eV，与实验值符合，对6×6、7×7×7、8×8×8、9×9×9各失去一个原子的4种含有不同空位浓度的铝系统的弹性系数进行了模拟，并对同一浓度的缺陷晶体在0-15GPa压强范围的弹性系数进行了计算，发现空位浓度的提高降低了铝的弹性系数，而压强的增大使得缺陷系统的弹性系数越接近相同压强完整晶体的弹性系数。

Fe的结构与物性及其压力效应的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,计算了Fe的几种不同晶体结构的总能量曲线,对HCP结构下晶体结构参数c/a随压强的变化关系做计算分析.能量计算精度取为0.01eV/atom.计算得出:1)零温下Fe从bcc到hcp结构的相变压强约为15GPa,与实验结果相一致;2)压强的升高会导致Fe的磁矩减小,最终破坏Fe的磁性;3)压强升高引起hcp晶体结构参数c/a缓慢增大,而在地核压强(135—360GPa)范围内,c/a取常量约1.59能够满足计算精度的要求.

高压对氮化硼纳米管的几何结构、电子结构和光学性质的影响

运用密度泛函理论平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),计算研究了纳米管BN(5,5)在不同压力条件下的几何结构、电子结构和光学性质.在高压条件下管口形状发生了较大的变化.与闪锌矿结构BN比较分析发现两种结构间存在一些性质上的差异:首先,在外压力作用下,BN(5,5)纳米管的带隙随压力增大而减小,变化率为-0·01795eV/GPa,而闪锌矿结构BN随压力增大而增大;其次光吸收谱在压力条件下,没有和闪锌矿结构BN一样发生“蓝移”,相反在红外方向有所拓展;但纳米管BN(5,5)电子的转移方向和立方BN相同,与BP(5,5)相反.通过分析电子态密度图,纳米管BN(5,5)有较强的离子性,随着压力的增大离子性减弱.

中子嬗变掺杂前后Ge纳米晶的结构和性质

采用第一性原理计算模拟Ge纳米晶在中子嬗变掺杂(NTD)后受空位、O和As杂质的影响.结果表明,退火方法引入的O并不能消除纳米晶中的辐照致空位缺陷的影响,而NTD产生的As掺杂能补偿这些空位缺陷并消除禁带中产生的杂质能级,从而改善半导体掺杂性能.计算还发现,由于较高的电负性,纳米晶中O对Ge原子较强的吸附作用阻止了空位的形成,导致与缺陷相关的非辐射发光中心的浓度减小,发光效率提高,因此中子辐照掺杂前的高温退火处理是非常有必要的.计算较好地解释了已报道的实验结果.