CL-20结晶形貌的预测

为研究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)在真空和溶剂中的晶体形貌和生成机理,基于CL-20的晶胞参数和主要生长面,分别构建了CL-20晶体模型以及晶面和水、甲醇分子的六种吸附模型,用分子动力学模拟计算出溶剂分子与各晶面的吸附能,并据此修正各晶面的附着能,用附着能法对CL-20在真空、水和甲醇中的结晶形貌进行了预测,并与实验结果进行了对比。结果表明,真空中生长基元在晶面的极化程度越高,该面生长越快,且外形为长四棱柱;水和甲醇均会抑制各面的生长,且但程度不同,致使CL-20在水中结晶成扁平的六面体,在甲醇中为四棱柱。     

LLM-105晶体形貌分子动力学模拟

为了研究在真空和溶剂二甲基亚砜(DMSO)条件下,1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)的晶体生长形貌,采用分子动力学模拟方法构建了LLM-105在DMSO溶剂中"双层结构"模型,采用平衡形态法和晶体生长法预测了真空中LLM-105的晶体形貌,通过修正附着能分析了DMSO环境下LLM-105的主要控制晶面及其生长速率;通过径向分布函数和晶面结构分析不同晶面与DMSO之间的相互作用;分析了LLM-105粒子的成核能垒。结果表明,LLM-105晶体的4个主要生长晶面为(0 1 1)、(0 2 0)、(1 1 0)和(1 0-1),其中(0 2 0)、(0 1 1)晶面为控制晶面;加入溶剂DMSO后,修正附着能分析得出溶剂中4个晶面附着能远小于真空条件下,说明选择合适的极性溶剂有助于抑制爆发式成核,控制LLM-105的晶体形貌,其中(0 1 1)晶面线性生长速率最小;径向分布函数和晶面结构分析表明,DMSO中H原子与LLM-105(0 1 1)晶面中N原子之间具有较强的氢键和范德华力相互作用;扩散系数分析表明,修正附着能随溶剂扩散系数的增大而减小,溶剂DMSO在(0 1 1)晶面上扩散系数最大,导致该晶面成核能垒高,不容易聚集成核。     

FOX-7结晶形貌的分子动力学模拟

基于1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的晶胞参数,通过修正Dreiding力场得到了适用于FOX-7分子模拟的Dreiding-FOX-7力场;采用Growth Morphology方法模拟计算了FOX-7在真空中的晶体形貌,得到形态学上的重要晶面及附着能参数;构建了FOX-7重要晶面和H_2O/N,N-二甲基甲酰胺、环己酮的吸附模型;利用分子动力学方法计算出溶剂分子与各晶面的吸附能及各晶面的修正附着能;预测了FOX-7在溶剂中的结晶形貌,并与文献结果进行了对比。讨论了氢键的成键强度对晶体形貌的影响。结果表明,FOX-7在H2O/N,N-二甲基甲酰胺中(0 1 1)、(1 0-1)和(1 0 1)晶面为主要生长面,结晶形态为长方体块状;在环已酮中(0 1 1)和(1 0-1)晶面为主要生长面,结晶形态为长棱柱状,与文献结果一致。     

2-硝亚胺基-5-硝基-六氢化-1,3,5-三嗪的晶体形貌预测

利用Materials studio 5.0软件包中的Morphology模块所含的BFDH、Growth Morphology和Equilibrium Morphology三种方法计算了2-硝亚胺基-5-硝基-六氢化-1,3,5-三嗪的晶体形貌,得到了特定的晶面的面积、表面能、附着能及晶面的相对生长速率参数,确定了形态学上重要的生长晶面。各晶面的结构分析表明,(011)和(021)为强极性晶面,(110)、(200)为极性晶面,(001)和(20-1)为弱极性晶面。据此可以预测,在强极性的质子溶剂中,(011)和(021)为形态学上的重要晶面,(110)、(200)、(001)和(20-1)晶面的显露可能增加。在非极性溶剂中,情况可能相反。     

二硝酰胺铵溶剂效应的理论计算

为研究结晶溶剂在二硝酰胺铵结晶过程中对晶体成核与生长、溶解度、吸湿性的主要影响,基于标准溶解焓理论模拟计算了不同溶剂环境下的晶体成核速率,基于修正附着能模型模拟计算了不同溶剂环境下的晶体形貌特征,并根据吸湿性较低的晶面面积占总晶面面积的比例分析溶剂效应对二硝酰胺铵吸湿性的影响。结果表明,二硝酰胺铵在不同溶剂下的晶体成核速率关系为:环己烷甲苯磷酸三丁酯二氯甲烷正丁醇乙腈γ-丁内酯异丙醇乙醇甲醇丙酮二甲基亚砜水;标准溶解焓与溶解度呈现线性关系;在不同溶剂下的二硝酰胺铵的晶体形貌计算为棱柱状或板片状;计算分析可知,二硝酰胺铵在非极性溶剂中结晶后的吸湿性较低,而在极性溶剂中结晶后的吸湿性较高。     

ε-CL-20在二元混合溶剂中晶体形貌的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟的方法探究了乙酸乙酯与二溴甲烷组成的二元溶剂在298.15 K,1 atm下对ε-CL-20晶体形貌的影响。通过修正附着能模型(MAE)模型探究了溶剂-晶体相互作用,用分子动力学模拟预测了不同组成的乙酸乙酯/二溴甲烷混合溶剂中ε-CL-20的晶体形貌并与实验获得ε-CL-20的晶体形貌进行了对比。结果表明,实验获得的晶体形貌与模拟结果一致,且晶面粗糙度越大,溶剂-晶体相互作用越强。此外,还通过均方位移(MSD)分析了溶剂分子在不同晶面的扩散系数,探究了溶剂扩散速率对不同晶面的影响,并利用径向分布函数(RDF)分析了溶剂分子与晶体分子间相互作用的组成。     

BaAlBO3F2晶体的生长与形貌

以NaF为助熔剂,BaAlBO3F2和NaF摩尔比为11.5,采用熔盐籽晶生长方法,沿[001]方向生长出尺寸为18 mm×18 mm×12 mm的BaAlBO3F2(BABF)晶体.晶体生长参数降温速率为2～4℃/d,晶体旋转速率为15 r/min.研究了BABF晶体的生长形貌,BABF晶体生长过程中,呈现出(001)和(100)晶面.测试了BABF的粉末倍频效应,其倍频系数约为KDP晶体倍频系数的0.8倍.室温下测试了BABF晶体的显微硬度,其(001)面与(100)面显微硬度分别为10.99 GPa和8.137 GPa.     

氟金云母晶体生长机理

本文论述了氟金云母晶体从熔体中生长的机理。晶体平衡形是以(001)和(010)为界的近二维六方形。在近平衡稳定态下,氟金云母晶体平行于(001)面的生长为各向同性生长,宏观上表现出等温线型生长界面,垂直于(001)面的生长按二维成核的准沿面生长机理进行。与(001)面斜交的两晶体间界的非(001)面上的显微形貌,在一定程度上反映了固-液界面“生长态”,可以表现为非结晶学坎坷面及不规则台阶,(001)和(100)连续或断续台阶,半六边形生长层前沿及(001)平坦面。杂质效应引起其粗糙界面的小面化,小面为(15,5,3)和(201)类小晶面并形成近似以α轴为三重或六重对称轴的三方和六方生长锥,有时出现(100)和(310)显示面。其枝蔓晶形态受热输运控制。晶化热的释放和输运对定向生长速度及完整性有显著影响。     

2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸晶体形貌预测

采用X-Cell精修模拟了2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的晶胞结构,通过AE模型和BFDH模型预测了AMPS在真空中的形貌并得到了形态学主要面。通过修正的AE模型对AMPS在水、甲醇和乙醇溶剂中的结晶形貌进行了预测,得到了预测晶体的长宽比,对各个面的相对生长速率进行比较。通过实验对模拟结果进行验证,结果证明该模拟方法对控制AMPS结晶形貌具有指导意义。     

阴离子对Mg(OH)_2晶体生长及形貌的影响机理

以轻烧粉、氯化铵、硝酸铵、乙酸铵、硫酸铵为原料,氨气为沉淀剂,采用氨循环法制备氢氧化镁晶体,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对其进行表征分析。采用Materials Studio分子模拟软件中的CASTEP模块,计算了Cl~-、NO_3~-、CH_3COO~-对氢氧化镁晶体(001)、(101)晶面生长的影响。结果表明,采用不同的镁盐得到不同形貌的氢氧化镁晶体阴离子电负性越大,对晶体形貌影响越小;Mg(OH)_2晶体的(001)、(101)晶面能量与布居数分析表明,Cl~-、NO_3~-、CH_3COO~-使晶体的(001)、(101)面的表面能增大、Fermi能级减小,阴离子与(001)、(101)晶面之间形成新的具有微弱共价性的离子键,影响晶体晶面的生长。理论计算较好地解释了不同形貌的氢氧化镁晶体的形成原因。     

暴露晶面对Bi_2O_3/BiOCl复合纳米材料光催化性能的影响

采用热氧化法分别制备了Bi_2O_3纳米颗粒修饰的暴露晶面为(001)的BiOCl纳米片(001-BiOCl)和Bi_2O_3纳米颗粒修饰的暴露晶面为(010)的BiOCl纳米片(010-BiOCl)复合材料。采用XRD,SEM对样品的结构与形貌进行分析,采用紫外-可见分光光度计(UV-vis)测试样品的光吸收性质,采用氙灯辐照下光催化降解罗丹明B的方法测试不同样品的光催化活性。结果表明,Bi_2O_3/001-BiOCl样品具有更好的光催化性能,其光催化降解效率是Bi_2O_3/010-BiOCl的5.5倍,Bi_2O_3/001-BiOCl优良的光催化活性与Bi_2O_3纳米颗粒对可见光的吸收及001-BiOCl在[001]方向的内部电场有关。     

1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐的晶形计算及控制

利用Materials Studio软件中Growth Morphology方法模拟计算了1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(TKX-50)的晶体形态和结晶习性,分析了主导晶面的表面结构特征;采用实验方法验证了模拟计算方法。结果表明,各稳定晶面在分子间距离、晶面电荷分布上存在很大区别。选择分子结构中具有负电子作用基团的晶体生长控制剂对其晶体形貌进行控制,可缩短快生长面和慢生长面之间生长速率的差距,减小晶体的形状系数。选择分子结构中含有富电子芳环的离子型表面活性剂为晶形控制剂,制备出了晶体形貌规整、呈多面体颗粒状、长径比明显变小的TKX-50晶体,试验结果验证了理论预测的正确性。     

取向性羟基磷灰石纳米片的合成与分析

采用机械球磨法,以乙醇做球磨介质,成功合成具有结晶取向性的羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)纳米片。采用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜和透射电镜等表征方法对HA纳米片的结构进行了分析。结果表明:HA纳米片晶体为单晶结构,其宽度在200～400nm,厚度为50nm。球磨过程中,乙醇分子通过氢键作用,较易在HA晶体的(001)面上发生吸附并延缓该方向的生长,使(001)面成为显露面,最终得到沿(001)面定向排列的片状HA纳米晶。     

不同晶体形貌NH2-MIL-125(Ti)的制备及光催化性能

以2-氨基对苯二甲酸(H_2ATA)和钛酸四异丙酯〔Ti(C_3H_7O)_4〕为原料,采用溶剂热法合成了NH_2-MIL-125(Ti)晶体,通过调变溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和无水甲醇的体积比,NH_2-MIL-125(Ti)晶体呈现出圆片形、十面体和八面体形貌。采用XRD、SEM、FTIR和BET等手段对不同形貌的NH_2-MIL-125(Ti)晶体进行了物性分析,并将其用于可见光光催化环己烷的氧化反应,探究了催化性能与晶面之间的构效关系。结果表明,环己烷选择性氧化生成环己醇和环己酮目标产物主要反应发生在NH_2-MIL-125(Ti)晶体的{110}晶面族,而{101}晶面族可以进一步氧化环己醇和环己酮产生CO和CO_2。     

不同晶体形貌NH2-MIL-125(Ti)制备及光催化性能

采用溶剂热法合成了NH2-MIL-125(Ti)晶体，通过调变N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和无水甲醇（MeOH）两种溶剂比例，NH2-MIL-125(Ti)晶体呈现出圆形片、十面体和八面体形貌。采用XRD、SEM、FT-IR和BET等表征手段对不同形貌的NH2-MIL-125(Ti)晶体进行物性分析，并将其用于可见光光催化环己烷氧化反应，探究了催化性能与晶面之间的构效关系。分析得出， 环己烷选择性氧化生成环己醇和环己酮目标产物主要反应发生在NH2-MIL-125(Ti)晶体的{110}晶面族，而{101}晶面族主要是进一步氧化环己醇和环己酮产生COx。     

分子动力学模拟研究温度对ε-CL-20结晶晶体形貌的影响

为了研究温度对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)在乙酸乙酯/三氯甲烷体系中结晶时晶体形貌的影响,采用分子动力学模拟方法,使用修正后附着能模型计算了CL-20晶体能量和晶习,对比了不同温度(293、303、313、323、333K)下CL-20晶体形貌模拟结果与实验结果。结果表明,温度可以显著改变CL-20晶体形貌;随着温度升高,CL-20晶体形貌趋于非球形化,293K下可以获得球形化程度更好的CL-20晶体;温度对不同晶面影响程度不同,(2 0 0)、(0 1 1)、(2 0-1)晶面生长易被温度影响,附着能绝对值较大,晶面生长速率快,在CL-20晶体表面面积占比减小,最终在CL-20晶体中无法保留;当温度为333K时,对(2 0-1)晶面的附着能影响较大,最终使该晶面在CL-20形貌中显露。     

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。     

吡拉西坦在溶液环境下的晶习预测

根据吡拉西坦晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的晶胞参数搭建晶体模型,对其进行空间优化和BFDH模型优化后,采用AE模型确定其晶面,对晶面上药物分子与溶剂分子可能存在的相互作用进行了探讨,通过分析各晶面的相对生长速率,确定其形态学上重要的生长面及其表面结构,预测吡拉西坦在溶液环境中的晶习。将模拟得到的吡拉西坦各晶型的晶体形貌与实际晶习比较,发现结果吻合良好。     

水分子在高岭石(001)面吸附的密度泛函计算

为研究高岭石(001)面与水分子的相互作用机理,用Material studio 8.0构建了高岭石(001)面的晶体模型,使用GGA-PBE优化高岭石(001)面,分别计算(001)面和含有1、2、4个水分子的分子团吸附构型和平均结合能.结果表明,随着水分子数量的增加,结合能绝对值从35.87 kJ/mol增加到53.94 kJ/mol,复合体系稳定性增加.通过静电势分析可知,高岭石表面主要是负静电势区域略大于正静电势区域.当水分子数量由1个增加到4个时,静电势绝对值较大(>188.18 kJ/mol)的面积由7.99％增加到8.49％,整体静电势水平提高,有利于后续水分子吸附.运用RDG函数,展示了高岭石和水分子之间的弱相互作用,结果表明高岭石和水分子主要通过氢键方式结合.由AIM分析的结果可知,高岭石-水的氢键键能弱于水-水的氢键,当水分子数量增加时,高岭石-水氢键键能会进一步减弱.     

三聚磷酸钠对二水石膏晶体生长习性与晶体形貌的影响

三聚磷酸钠是建筑石膏高效缓凝剂.用扫描电镜和X射线光电子能谱研究了三聚磷酸钠对建筑石膏凝结硬化、液相离子浓度与过饱和度、二水石膏晶体生长习性与形貌的影响.从晶体生长的角度分析了三聚磷酸钠对二水石膏的作用机理.结果表明:三聚磷酸钠显著改变了二水石膏晶体的生长习性,使其由针状变为短柱状或板状,且晶体尺度增加;三聚磷酸钠通过化学作用选择吸附在二水石膏晶体(111)面,抑制其在c轴方向的生长;改变了晶面在不同轴向的相对生长速率,使二水石膏晶体生长习性和形貌发生了改变;三聚磷酸钠使石膏液相离子浓度和过饱和度降低,晶体成核几率和成核速率降低,导致二水石膏晶体粗化.