RDX晶体形貌的分子模拟与预测

用BFDH （ Bravais-Friedel-Donnary-Harker）和AE（ Attachment Energy）模型预测了α晶形黑索今（α-RDX）的晶体形貌。结果表明,形态学上重要生长面是：（111）,（020）,（002）,（200）和（210）面,其中（111）面是最重要的生长面。 RDX晶体重要生长面结构分析表明,（210）,（002）,（200）和（111）是极性晶面,而（020）是非极性晶面,其中（210）晶面极性最强。根据晶面极性预测在极性溶剂中,（210）面将成为RDX晶体形态上重要生长面,（111）面的重要性降低,而（020）面将会在晶体生长过程中逐渐消失。丙酮溶剂重结晶RDX实验表明,RDX晶体形貌上最终显露的生长面是：（210）,（111）,（002）和（200）面,而（020）面已消失。     

HMX晶体的受限生长

采用缓慢蒸发结晶法,在毛细管与培养皿中制备了圆柱状、片状HMX晶体。采用光学显微镜和粉末X射线衍射仪对晶体形貌与晶型进行表征。结果表明,两种形貌HMX晶体均表现出(011)、(022)、(033)一组明显的特征衍射峰,证明(011)晶面显露。受限结晶可作为控制HMX晶体形貌的一种手段。     

1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑的晶体形貌预测

为了解1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑(MTNI)晶体结构及晶体生长过程,利用分子模拟软件Materials Studio(MS)中的BFDH、Growth Morphology和Equilibrium Morphology方法预测了MTNI在真空中的晶体形貌,得到了形态学上重要的生长晶面。分析表明:(012)晶面是强极性面,(110)和(111)面为极性面,(010)面为弱极性面。在强极性溶剂中,(012)、(110)和(111)晶面生长受阻,成为显露面,而(010)面会逐渐变小,甚至消失。在弱极性溶剂中,晶面生长情况刚好相反。MTNI在乙醇、丙酮、乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、二甲基甲酰胺(DMF)、甲醇7种溶剂中的预测晶体形貌,与实验所得晶体晶形相吻合。当与乙醇、二氯甲烷、DMF作用后,MTNI的晶习为类球状,球形度分别为1.12、1.11、1.12。     

八种溶剂体系中HMX晶体形貌的分子动力学模拟和实验研究（英）

采用附着能模型(AE模型)和分子动力学方法(MD方法)预测了奥克托今(HMX)在八种常用有机溶剂中的重结晶形态。结果表明,在真空中预测得到HMX晶体形态的优势晶面分别为:(011),(11-1),(020),(100)和(10-2)。其中(100)面是极性最大的晶面,并且与溶剂分子的相互作用能最大,因而导致该面的生长速度变慢,并在最终的晶体形态中成为面积较大的优势面。(10-2)和(020)是与溶剂分子具有较小相互作用能的晶体面,在最终的晶体形态中这两个面表现为面积最小的晶面甚至是消失。计算了晶体形态的长径比,其顺序为:环戊酮>环己酮>N,N?二甲基乙酰胺(DMAC)>吡啶>丙酮>磷酸三乙酯>碳酸丙烯酯>二甲基亚砜(DMSO),这表明在二甲基亚砜和碳酸丙烯酯中进行重结晶实验更有利于HMX的球化。采用自然冷却方法在八种纯有机溶剂中对HMX进行了重结晶实验,重结晶实验结果与AE模型的模拟结果吻合良好,这表明AE模型适用于预测HMX的晶体形态,对HMX重结晶实验具有指导作用。     

碳酸丙烯酯中HMX结晶形貌及其机理

为了获得无孪晶和形貌一致的HMX晶体,采用碳酸丙烯酯(PC)对普通HMX进行重结晶,研究不同实验条件对晶体形貌的影响;通过光学显微镜分析重结晶样品HMX结晶形貌,发现长时间结晶可以使晶体平均粒径达到2000μm;加入晶种和少量水,晶体偏向于球形化;只加入晶种,得到的晶体形貌比较一致。研究HMX晶面结构发现:PC溶剂容易与(100)面发生强的弱相互作用致使该晶面无法生长,因此PC结晶得到的晶体大都含有(100)面。     

用原子力显微镜观察HMX基炸药老化前后的表面形貌变化

用原子力显微镜(AFM)观察了不同老化条件下HMX基炸药的表面形貌变化.结果显示,老化后表面形貌有细微的变化,与高分子材料接触老化的样品特别明显,可见炸药颗粒长大、粘结剂-炸药界面模糊或消失等现象.对比自然老化、等温老化等样品的表面形貌,讨论了形貌变化的原因,推测了库存老化过程中可能发生的变化.     

球形化HMX颗粒的晶体品质与性能

分别采用激光粒度仪、光学显微镜、高效液相色谱、X-射线衍射等方法对球形化处理前后的奥克托今(HMX)颗粒的形貌、化学纯度、晶体缺陷等晶体品质进行了表征,采用TG-DSC和5 s爆发点实验研究了其热性能,测试了其撞击感度、摩擦感度和静电感度.结果表明,球形化HMX颗粒基本为球形,表面光滑,颗粒透光均匀,内外缺陷少,热稳定性提高,颗粒密度分布集中,以HMX为基的浆状炸药的流散性明显改善,机械感度和静电感度变化不明显.     

添加剂对工业酒精体系中NTO晶体形貌的模拟研究

为改善工业酒精体系中NTO晶体形貌,通过分子动力学方法构建了溶剂分子-晶面双层模型,对真空中和工业酒精体系中NTO晶体形貌和晶面性质进行了模拟和分析,在此基础上研究了聚乙烯醇、丙酮、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、N-酰基氨基酸、单硬脂酸甘油酯6种添加剂对工业酒精体系中NTO晶体形貌的影响。结果表明：工业酒精体系中NTO晶体形貌较差;6种添加剂均会改善NTO晶体形貌,其中单硬脂酸甘油酯的改善效果最好。研究结果可为重结晶体系添加剂的筛选提供理论指导。     

基于分子动力学的β-HMX结晶形貌预测

为了研究温度对β型奥克托今（β-HMX）晶体结晶形貌的影响,在二甲基亚砜（DMSO）溶剂体系中,基于分子动力学模拟方法,采用修正后的附着能模型,分别模拟了298K、328K、358K、388K和418K条件下β-HMX晶体的晶习、能量和晶体形貌。结果表明：温度对HMX的晶体形貌有显著影响。不同晶面受温度影响的程度不同,（10-1）和（020）晶面生长易受温度影响。（10-1）晶面的修正附着能绝对值最大,晶面生长速率最快,相对于其他晶面趋于消失,最终在HMX晶体中无法保留;（020）晶面的修正附着能绝对值最小,晶面生长速率最慢,最终使该晶面在HMX形貌中显露出来。     

FOX-7在八种不同溶剂体系下的晶体形貌预测

采用附着能(AE)模型、分子动力学(MD)方法,分别预测了1,1-二氨基-2,2二硝基乙烯(FOX-7)在真空条件下和八种不同溶剂中(二甲基亚砜(DMSO)、丙酮、甲醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、乙酸乙酯(EA)、水(H2O)、DMSO/H2O(V/V=2/1))的晶体形貌,计算了溶剂与晶面之间的相互作用能、溶剂影响下的附着能,得到了模拟晶习及其长径比值.为对比研究,同时采用自然降温法在以上八种溶剂的FOX-7饱和溶液中进行重结晶,得到了不同形貌的晶体.预测结果表明:真空下FOX-7晶体具有六个重要生长晶面:(101ˉ)、(101)、(011)、(002)、(110)、(111ˉ),其中(011)面的面积占比最大,为影响FOX-7晶体形态最重要的晶面.溶剂对晶体长径比的影响程度大小顺序为:DMSO相似文献   

不同模型下HMX晶体结构和性能的MD研究

用分子动力学(MD)方法,在COMPASS力场和295K-NPT系综下,对奥克托今(HMX)(4×2×4)和(4×4×4)超晶胞及其沿各自(1 0 0)晶面构成的共6种模型进行了模拟,求得它们的平衡结构、引发键键长分布、引发键连双原子作用能和弹性力学性能。结果表明,引发键呈近似对称的高斯型分布,平均键长(L_ave)与实验值很接近; 随着体系中原子数目增加,引发键连双原子作用能EN—N单调增加; 除柯西压外,各模型的力学性能比较稳定一致。     

晶形控制剂对HMX炸药晶体生长影响的实验研究

为了防止奥克托今(HMX)炸药晶体聚集和长大,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为晶形控制剂,二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,去离子水为非溶剂,采用喷射结晶超细化方法和热干燥方式,研究了PVP的不同添加量对HMX晶体生长的影响。利用场发射扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对PVP-HMX的形貌和官能团进行了表征。用标准方法 GJB772A-1997测试了其撞击感度。结果表明,PVP的添加量为0.4%时,HMX的晶体粒径分布与热干燥前一致。HMX颗粒为近球形,其粒径分布在1～3μm。HMX红外峰没有出现新的官能团峰。PVP-HMX的特性落高H50比原料HMX提高了248.3%。     

HMX中晶体缺陷的获得及其对热感度和热安定性的影响

为了研究晶体缺陷对炸药性能的影响，采取急速重结晶手段，获得了缺陷类型和数目不同的HMX重结晶样品。利用SEM观察了样品的缺陷情况，并研究了晶体缺陷对炸药感度和热安定性的影响。HMX经过重结晶后，其5s延滞期爆发点降低了51℃—54℃，其热分解起始温度及相应的表观活化能明显降低，表明晶体缺陷使HMX的热感度增加，热安定性降低。     

双(2,2,2-三硝基乙基)胺的晶体形貌预测及控制

按照文献方法制备了双(2,2,2-三硝基乙基)胺(BTNA),并通过元素分析、红外和差示扫描量热分析对其结构进行了表征。利用Materials Studio软件中Growth Morphology方法模拟了BTNA的晶体形态和结晶习性,分析了重要晶面的结构与溶剂的关系。结果表明,在极性溶剂中(111)晶面将成为形态学上最重要的晶面,(002)、(102)及(020)的显露面将有所增加,(200)、(021)晶面的重要性降低。而在非极性或弱极性溶剂中,弱极性晶面的重要性增加。采用弱极性溶剂二氯甲烷对BTNA进行了重结晶,扫描电镜结果表明重结晶后的晶体比直接水中制备的晶体的形貌规则化、长径比变小。实验结果与理论预测吻合。     

FOX-7在H2O/DMF溶剂中的结晶形貌预测

为了准确理解溶剂和温度对含能材料结晶形貌的影响,采用分子动力学方法模拟研究了1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)在水/二甲基甲酰胺(DMF)中的结晶形貌。构建了溶剂-晶面的界面吸附模型,使用修正附着能(MAE)模拟方法,计算溶剂-晶面之间的相互作用能,修正各晶面真空附着能并获得FOX-7在不同比例溶剂、不同温度条件下的晶习,分析了溶剂分子和FOX-7晶面之间的分子间作用力。结果表明:在真空条件下决定FOX-7晶习的六个重要晶面为(0 1 1),(1 0-1),(1 0 1),(1 1-1),(0 0 2)和(1 1 0)面;FOX-7在H2O/DMF溶液条件下的晶习随温度条件变化有明显差异,当温度为298K时在不同比例溶剂中的晶习均为块状,预测形貌与文献实验结果吻合较好。     

2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物晶体形貌的MD模拟

为探讨溶剂对炸药晶体形貌的影响机制和溶剂的选择依据,采用附着能(AE)模型预测2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)在真空的晶体形貌,确定其主要生长晶面;并运用分子动力学(MD)模拟研究ANPyO晶面与溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的相互作用及其本质,进而通过修正的AE模型预测其在DMF中的晶体形貌。结果表明:ANPyO在真空中的晶体形状接近椭圆,主要生长晶面为(110)、(100)、(11-2)及(10-1)面。溶剂与晶面间存在较强相互作用,径向分布函数分析表明相互作用能主要包括范德华作用,库仑作用和氢键。在溶剂DMF中,晶面的修正附着能绝对值顺序为(110)(11-2)(10-1)(100),ANPyO晶体形貌接近片状,与已有实验结果一致。此外,DMF分子在ANPyO晶面的扩散系数研究结果表明,扩散系数与修正附着能绝对值成线性关系,晶体生长形貌亦受溶剂扩散能力的影响。     

HMX热分解动力学与热安全性研究

利用差示扫描量热法( DSC),获得了单质炸药奥克托今(HMX)热分解的特征参数,利用热重法(TG)得到HMX热分解的起始分解温度、各阶段的失重量、最大失重速率及对应的温度、最终残渣量、反应深度、反应速率等参数.将DSC、TG数据与Malek法相结合对HMX的热安全性进行了研究.结果表明,HMX在加热过程中先出现晶型转...