NH3、CIO3对β-HMX初始热解的影响

在密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-31 g(d)水平上,优化得到了环四甲撑四硝胺(β-HMX)及其与高氯酸铵(AP)裂解产物NH3、CIO3分别形成复合物的稳定构型,计算了常压、4 MPa及6 MPa高压下β-HMX及各复合物的N-NO2键解离能.结果发现,复合物中β-HMX构型变化不是很大.β-HMX与NH3...     

外电场影响HMX/MDNI复合物感度的理论研究

为研究外电场对炸药感度的影响,采用量子力学方法在M06-2X∥B3LYP/6-311++G(d,p)水平上对奥克托今(HMX)/1-甲基-4,5-二硝基咪唑(MDNI)分别施加不同大小的外电场(-0.010~0.010 a.u.),得到不同外电场下的稳定构型。分析了各稳定构型的分子间相互作用、引发键解离能、硝基基团电荷、电子密度拓扑、电子密度转移及表面静电势的变化。结果表明:随着正向外电场的增强,HMX的引发键键长变短,解离能增加,感度降低,负向外电场时则相反;采用B3LYP方法所得3种复合物的解离能与外电场的相关系数分别达到了0.995、0.977和0.982;负向外电场作用下硝基基团所带负电荷减少,使炸药感度增加;电子密度拓扑分析表明,外电场作用下,HMX与MDNI分子间仍存在微弱的氢键作用;电子密度转移分析表明正向外电场增强了引发键的强度;分子表面静电势则进一步表明在正向外电场作用下炸药感度降低,负向时感度增加。     

3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮、1,1-二氨基-2b,2-二硝基乙烯和黑索今对β-奥克托金晶体形貌影响的分子动力学模拟研究

采用Material Studio软件和分子动力学(MD)方法模拟了β-奥克托金(HMX)晶体生长形貌。采用双层结构模型,模拟了钝感含能化合物3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)和黑索今(RDX)对β-HMX晶体形貌的影响,以及3种分子对于β-HMX晶面的附着包覆作用。研究结果表明,3种分子都可附着在β-HMX的生长晶面上,其中FOX-7可以较为均匀地附着在β-HMX晶面,有望实现高能钝感包覆,但是对于β-HMX晶体形貌的影响不大;NTO与RDX分子在β-HMX各晶面的结合能存在差异,可一定程度控制HMX的晶形,其中RDX可以使β-HMX晶体形貌趋于球形化。     

HMX热膨胀系数的分子动力学模拟研究

首先通过分子动力学(MD)模拟考察了COMPASS力场对HMX的适用性。然后通过对β-HMX(4×2×3)超晶胞在常压205～385K温度范围七个不同温度的NPT系综MD模拟,计算出β-HMX晶体晶胞参数的变化,并通过线性拟合求得β-HMX晶体沿不同棱边a、b、c方向的线膨胀系数和它的体膨胀系数,结果与先前的实验和理论工作相符。     

3,4-二硝基吡唑与六硝基六氮杂异伍兹烷分子间相互作用的理论研究

为研究钝感炸药3,4-二硝基吡唑(DNP)与高能炸药六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)分子间相互作用,基于密度泛函理论(DFT)优化了DNP/CL-20复合物的结构,得到六种稳定构型;运用自然键轨道(NBO)、电子密度拓扑和约化密度梯度(RDG)分析了复合物中分子间相互作用类型。从CL-20引发键的键长、键解离能、键级和相关硝基电荷与复合物电子密度差等方面分析了分子间相互作用对CL-20感度的影响。结果表明,DNP/CL-20复合物中存在分子间氢键和范德华作用,包括N—H…O、C—H…O和N…O、O…O作用。硝基电荷和电子密度差分析表明这些分子间作用影响了CL-20分子的电荷分布和电子密度分布,改变CL-20引发键稳定性,导致其感度下降。CL-20引发键键长、键级、键解离能和键临界点电子密度的变化量之间具有良好的线性关系。六种构型的相互作用能大小排序为:构型Ⅳ构型Ⅵ构型Ⅲ构型Ⅴ构型Ⅱ构型Ⅰ。     

氮杂类杯［6］芳烃与HMX分子间相互作用的理论研究

用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,在6-31G(d)基组水平上,对四种氮杂杯[6]芳烃主体单体(Ma～Md)及其与HMX形成的四种复合体进行了几何构型优化.用自然键轨道(NBO)分析揭示了主客体相互作用的本质.经基组叠加误差(BSSE)和零点能(ZPEC)校正,对四种复合体的相互作用能进行了计算并做了比较.研究发现分子间相互作用能最大的复合物是六氮杂杯[3]-对-三芳烃[3]-2-氨基-1,3,5-三嗪与HMX所形成的复合物,最大相互作用能为-13.98 kJ·mol-1; 而且带有取代基的复合物的相互作用能大于没有带取代基的复合物,带有氨基取代基的复合物的相互作用能大于带有硝基取代基的复合物.     

3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯和黑索今对β-奥克托金晶体形貌影响的分子动力学模拟研究

采用Material Studio软件和分子动力学（MD）方法模拟了β-奥克托金（HMX）晶体生长形貌。采用双层结构模型,模拟了钝感含能化合物3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮（NTO）、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯（FOX-7）和黑索今（RDX）对β-HMX晶体形貌的影响,以及3种分子对于β-HMX晶面的附着包覆作用。研究结果表明,3种分子都可附着在β-HMX的生长晶面上,其中FOX-7可以较为均匀地附着在β-HMX晶面,有望实现高能钝感包覆,但是对于β-HMX晶体形貌的影响不大;NTO与RDX分子在β-HMX各晶面的结合能存在差异,可一定程度控制HMX的晶形,其中RDX可以使β-HMX晶体形貌趋于球形化。     

粉末X射线衍射内标法研究丙酮溶液中β-HMX的晶习

为了研究β-HMX晶体在丙酮溶液中的晶习,采用丙酮溶剂挥发法制备了β-HMX大单晶,利用粉末Ge O_2作为内标物质,通过粉末X射线衍射内标法,确定了β-HMX晶体所有显露面的晶面指数,从实验上建立了β-HMX在丙酮溶液中的晶习模型,并与文献报道的利用不同生长模型模拟得到的晶习模型进行了比较。β-HMX晶体各个显露面的晶面指数分别为(1 0 0)、(0 1 1)、(-1 1 1)和(0 2 0),其中(1 0 0)晶面为最优生长面,其次为(0 1 1)、(-1 1 1)晶面,再次为(0 2 0)晶面,与溶剂校正后的AE模型模拟得到的β-HMX晶体在丙酮溶液中的晶习模型相符。丙酮分子与β-HMX晶体的(1 1 0)和(0 2 0)晶面的相互作用较弱,导致随晶体生长,(1 1 0)和(0 2 0)晶面逐渐消失,证明溶剂环境对HMX的晶体形貌具有很大的影响。     

溶剂及两种超临界工艺对 HMX 形貌和晶型的影响

采用5种有机溶剂分别运用超临界流体增强溶液扩散技术(SEDS法)和超临界反溶剂技术(GAS法)对HMX进行重结晶细化。结果表明:SEDS法不能成功制得β-HMX,大都为γ-HMX结晶;当以丙酮或DMSO为有机溶剂时,在合适的工艺条件下GAS可得到β-HMX;环己酮或乙腈为溶剂时GAS工艺制得的HMX为γ-型,NMP作溶剂时为δ-型。     

不同晶型奥克托今用于硝胺发射药的性能

为了研究奥克托今(HMX)的晶型对硝胺发射药性能的影响,采用密闭爆发器以及力学性能测试仪,对含α-HMX和β-HMX两种不同晶型硝胺发射药的燃烧性能和力学性能进行测试.结果表明: 含α-HMX发射药点火容易,其气体生成猛度和燃烧速度比含β-HMX发射药的小,含α-HMX比含β-HMX发射药的燃速压力指数高0.1、力学性能差.另外,当装填密度为0.12 g·cm-3时,两者的燃速压力指数都大于1,而在装填密度为0.20 g·cm-3时,两者的燃速压力指数都达到小于1的水平.     

四氮烯起爆药的电喷雾电离质谱裂解研究

为了更好地了解含能材料燃烧和爆炸机理,对四氮烯进行了电喷雾电离质谱分析。根据质谱图中碎片离子的信息,总结了四氮烯的裂解途径,发现四氮烯裂解时主要有NH2、HCN、HCN2、N3、N4中性碎片的丢失,推测它的裂解机理是C—N、N—N键的断裂反应和分子内重排反应;同时发现四唑环碎片离子m/z68.9的相对丰度较高,初步断定四氮烯分子结构中的四唑环是相对比较稳定的结构;并且由m/z68.9峰和m/z95.8峰的相对丰度接近,推测分子中C(5)—N(1)键和N(2)—N(3)键的键能相当(以四氮烯命名),且容易断裂,生成四唑自由基、氨基胍自由基和N2。     

HMX/DMF溶剂化物结构和分子间相互作用的理论研究

采用量子化学计算和分子动力学(MD)模拟,研究了溶剂化物环四亚甲基四硝胺(HMX)/N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的结构和分子间相互作用。对浸渍在DMF溶剂中的β-HMX分子的MD模拟表明,HMX的分子构象已经从β转变为α相。在M P2/6-31G*水平上的理论计算也说明,在D M F溶剂中,α-HM X比β-HM X更稳定。这解释了在HM X/D M F溶剂化物的多晶型中,所有的HMX分子均呈α构象的原因。采用MP2/6-31G*方法,对α-HMX和DMF分子间可能的同型和异型二聚体进行结构优化。结果表明,组分间存在C—H…O氢键相互作用,并且α-HMX/DMF的稳定化能非常接近α-HMX/α-HMX,并远远大于D M F二聚体的。这意味着异型分子间力可和同型分子间力竞争。从热力学的观点来看,共结晶过程可能发生。对α-HM X在D M F中的过饱和溶液的M D模拟表明,分子间相互作用对共结晶有利。这些理论研究对理解在HM X的D M F溶液中为什么发生的是共结晶而不是重结晶提供了有价值的信息。     

带电粒子对FOX-7裂解通道影响的密度泛函研究

为研究带电粒子(H_3O~+,OH~-,NO_2~+ and NO~+)对1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)裂解通道的影响,采用密度泛函理论的B3LYP、B3PW91和PBE0泛函理论在6-31++G(d,p)基组下优化出了H_3O~+,OH~-,NO_2~+ 和 NO~+分别与FOX-7的复合体,从成键方式和静电势变化的角度分析了复合方式。在相同水平下,计算了各复合体不同裂解通道的活化能,并基于键长、键级、成键方式等电子结构参数的变化分析了活化能变化的本质。结果表明,在B3LYP/6-31++G(d,p)水平上,OH~-使两种构型C—NH_2键的离解能分别下降了260.7 k J·mol-1和74.3 k J·mol-1,H_3O~+,NO_2~+ 和 NO~+使C—NO_2键的离解能下降44~260 k J·mol-1,带电粒子使大部分复合体C—C键的离解能提高,但对硝基异构的活化能影响甚微,由过渡态分析可知,这源于硝基异构的过渡态具有的极其相似的几何构型。四种带电粒子都扰乱了单分子FOX-7相对稳定的结构,降低了FOX-7后续裂解的能垒,影响了FOX-7裂解中后期自加速反应的进程。     

高氮含能化合物TKX-50侵彻安全性试验研究

针对炸药装药侵彻安全性问题,分别选用高氮含能化合物TKX-50 和HMX 为猛炸药,设计相同金属含 量和粘结剂体系的炸药配方,进行炸药装药侵彻钢筋混凝土试验。研究结果表明：在相同试验条件下,TKX-50 装 药响应剧烈程度低于HMX 装药,推断其XDT 成长过程较HMX 长。TKX-50 以五元杂环为平面骨架,引入C-N、 N-N、C=N 和N=N 键,脱离爆炸性基团(N-NO2,C-NO2,O-NO2)限制,形成大Π 键和氢键,是XDT 过程增长的 原因。     

含孔洞缺陷的δ-HMX晶体的分子动力学模拟（英）

采用分子动力学(MD)方法,模拟了δ-HMX晶体中的孔洞缺陷演化和分子构象变换,并与β相对比。模拟体系包含一个大小为30个HMX分子的孔洞缺陷,对应10%的空位浓度。采用QST3法计算了分子构象在真空中的转换能垒,结果表明,所有的构象转换均具有较低的活化能。当模拟温度为500 K时,不管是δ相还是β相,整个晶体均塌陷成液态,并伴随大的晶格膨胀。在塌陷的液态分子中,可观察到四种分子构象α, β, BB和BC,同时与这四种分子构象共存的还有大量的过渡态或中间体结构。在MD模拟过程中,跟踪单个分子随时间的演化,能发现分子在不同构象间频繁转变,这是较低的转换能垒所致。当模拟温度降低到300 K和200 K时,两个晶相(β和δ)表现出不同的演化趋势。对δ-HMX体系,在发生孔洞塌陷的同时,整个晶格也失去了严格的周期结构,但是嵌在β-HMX晶格中的孔洞却被保留下来,仅发生了孔洞的收缩和少量分子向孔洞中心的迁移。此外,与δ-HMX的晶格收缩相反,β-HMX的晶格随模拟温度升高持续膨胀。     

原位红外漫反射光谱研究HMX的分解动力学

采用原位红外漫反射光谱研究了炸药1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(HMX)的热分解动力学.结果表明升温中HMX会发生C-N键和N-N键的断裂,释放出CO2、N2O、CO、NO、HCHO、HONO、NO2和HCN八种气体,HMX的分解动力学方程为kC.N=e34.6exp(-152/RT).     

HMX重结晶过程中的晶型析出与转变研究

以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,水为非溶剂,通过采用溶剂非溶剂重结晶细化中的正加法与反加法,研究了HMX重结晶过程中的晶型转变,提出了晶型析出与转变的方式。研究表明溶剂非溶剂比例是重结晶晶型的决定性因素,在溶剂非溶剂任意比例下,晶体首先析出γ-HMX,溶剂过量时γ-HMX转晶为β-HMX,溶剂非溶剂相当时,转晶为α-HMX,非溶剂过量则保持γ晶型。     

含孔洞缺陷的δ-HMX晶体的分子动力学模拟（英文）

采用分子动力学(MD)方法,模拟了δ-HMX晶体中的孔洞缺陷演化和分子构象变换,并与β相对比。模拟体系包含一个大小为30个HMX分子的孔洞缺陷,对应10%的空位浓度。采用QST3法计算了分子构象在真空中的转换能垒,结果表明,所有的构象转换均具有较低的活化能。当模拟温度为500 K时,不管是δ相还是β相,整个晶体均塌陷成液态,并伴随大的晶格膨胀。在塌陷的液态分子中,可观察到四种分子构象α,β,BB和BC,同时与这四种分子构象共存的还有大量的过渡态或中间体结构。在MD模拟过程中,跟踪单个分子随时间的演化,能发现分子在不同构象间频繁转变,这是较低的转换能垒所致。当模拟温度降低到300 K和200 K时,两个晶相(β和δ)表现出不同的演化趋势。对δ-HMX体系,在发生孔洞塌陷的同时,整个晶格也失去了严格的周期结构,但是嵌在β-HMX晶格中的孔洞却被保留下来,仅发生了孔洞的收缩和少量分子向孔洞中心的迁移。此外,与δ-HMX的晶格收缩相反,β-HMX的晶格随模拟温度升高持续膨胀。     

AcAn对奥克托今热稳定性的影响研究

1,9-二乙酰氧基-2,4,6,8-四硝基-2,4,6,8-四氮杂壬烷(AcAn)是奥克托今(HMX)制备过程中产生的一种主要杂质,研究AcAn对HMX热稳定性的影响具有重要意义。基于B3LYP/6-311+G**水平全优化了AcAn的几何结构,得到船式和椅式两种稳定结构;在B3P86/6-31G**水平计算了AcAn中N—NO₂键的键离解能（BDE）,研究发现,AcAn两端与乙酰氧基相邻的硝胺N—NO₂键 容易断裂。采用差热分析（DTA）技术研究了AcAn的热分解及其含量对HMX热稳定性的影响,结果表明：HMX和AcAn的相容性差,为4级;HMX安定性最好,AcAn安定性差,AcAn含量为50%时,安定性最差;HMX产品中混有AcAn,使得HMX储存热稳定性变差,使用性能也变差;当AcAn含量高于50%时,HMX产品性能变化最大。根据双等双步法推导AcAn和HMX的最概然机理函数,热分解反应机理函数为化学反应RO(n)机理,积分函数形式为g(a)=1-(1-a)^1-n1-n,微分形式为f(a)=(1-a)ⁿ ,n=2.     

四硝基四氮杂双环辛烷气相热解引发机理

运用量子化学中非限制性Hartree-Fock自洽场PM3(UHF-SCF-PM3)分子轨道(MO)方法计算研究了四硝基四氮杂双环辛烷的气相热解引发反应，求得可能的三种不同热解途径的反应过渡态、活化能和位能曲线，揭示了反应中键级、分子几何和原子电荷的递变规律。发现标题物与通常的硝胺类爆炸物遵循类似的热解引发反应机理，皆始于N-NO2键的均裂，生成两个自由基。基于统计热力学方法和Eyring的绝对反应速率理论求得该反应的热力学和动力学参数。