精确计算TATB分子间相互作用能并重新认识其作用本质

TATB炸药的钝感性质与其分子间强烈的相互作用密切相关，目前尚难以用实验方法直接准确地测定其分子间相互作用能。已发表的理论研究工作受当时计算方法和条件限制，计算结果误差较大、充满矛盾。本文用B3PW91-D3BJ/def2-TZVPP方法优化了TATB二聚体可能存在的六种构型的几何结构并作振动频率分析，发现仅有三种稳定构型，即氢键构型A，堆叠构型B和C，用MP2/def2-TZVPP方法重新优化了这三种构型的几何结构参数，并用于CCSD(T)/CBS方法计算，得到分子间相互作用能分别为A: -6.20，B: -15.45，C: -15.65 kcal/mol，CCSD(T)/CBS计算中发现构型B和C的高级校正项大约是分子间相互作用能的50%，是MP2方法不可能准确预测TATB二聚体堆叠构型分子间相互作用能的原因；本文还用新一代能量分解方法ALMO-EDA分析了TATB分子间相互作用本质，发现对于堆叠构型B和C，除了色散作用之外，静电吸引对决定TATB二聚体中的几何结构十分重要，TATB高能炸药良好的钝感性质起源于其分子间较强静电吸引的驱动和定向，使之形成稳定的堆叠结构，其稳定性来源于色散和静电的协同作用。     

高温高压下高能钝感炸药TATB物性及相关实验技术研究进展

1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)作为典型的高能钝感炸药之一,在民用、军工等领域具有重要的研究价值。基于科学挑战专题,分别从实验技术和实验成果两方面详细概述了极端条件下TATB的物性研究进展,系统介绍了课题组自主设计和搭建的光谱测试系统和高温高压仪器装置,以及TATB在高压下的光吸收和结构演化规律。另外,还对低温环境下炸药的结构稳定性、高温环境下炸药的热稳定性以及压力参量对样品化学分解进程和热分解机制的影响进行了阐述和讨论。     

TATB/聚三氟氯乙烯复合材料力学性能的MD模拟

用分子动力学(MD)方法,对聚三氟氯乙烯(PCTFE)在1,3,5 三氨基 2,4,6 三硝基苯(TATB)晶体表 面的行为进行模拟计算,求得结合能和静态力学性能(弹性系数、模量和泊松比).发现以氢键为主的分子间相互 作用相当强.TATB基氟聚合物粘结炸药(PolymerBondedExplosive,PBX)较TATB单体炸药的力学性能改变很 大,拉伸模量、体积模量和剪切模量均减小,表明刚性减弱,弹性增强,力学性能显著改善.     

亚微米TATB爆轰波剖面实验

用激光速度干涉技术测试炸药／窗口界面粒子速度，研究炸药的冲击起爆、爆轰反应区结构、爆轰驱动和炸药反应速率等。与普通颗粒TATB相比，亚微米TATB炸药对高压短脉冲敏感，在钝感起爆器中有应用价值。文中用VISAR技术，测试亚微米TATB在短脉冲加载下的炸药／窗口界面粒子速度，对亚微米TATB的反应区结构进行了探讨。亚微米TATB是通过重结晶-气流粉碎的方法制备的，平均颗粒度0．58μm。     

超细炸药比表面积测试技术

与常规炸药相比，超细炸药由于比表面积高、表面能高、表面化学活性大，受到大家的青睐。文中以超细TATB、超细BTF和超细HNS为研究对象，以研究比表面积测试过程中的影响因素，为科研生产提供技术后盾。     

TATB在高温下分解的动力学模拟

TATB作为一种知名的钝感炸药,其敏感度和反应特性一直是含能材料研究领域的热点问题。采用从头算分子动力学方法,系统模拟了TATB在不同温度、压力以及含有黏结剂情况下的分解反应过程,并逐个分析这些因素对反应机理和反应速率的影响。结果显示:不同温度下反应机理基本保持不变,但反应速率受温度的影响较大;压力对反应前、后期有不同的影响;对于含有氟聚物黏结剂的体系,氟聚物会参与TATB的分解,并改变最终产物的组分。     

钝感高能炸药三氨基三硝基苯高温高压下热力学性质的分子动力学模拟研究

热力学性质是钝感高能炸药1, 3, 5-三氨基-2, 4, 6-三硝基苯(TATB)爆轰性质和安全性评估分析的重要参数. 由于结构的复杂性, TATB炸药尚缺乏系统的实验和理论计算结果. 结合全原子力场和分子动力学的方法, 本文系统研究了不同温度和压力条件下TATB的力学性质和热力学参数, 得到了弹性模量、德拜温度等随温度、压力的变化情况, 并与实验进行了对比分析. 结果表明: 在 0-50 GPa外部压力下, TATB晶体保持力学稳定, 弹性常数和弹性模量随压力升高而增大, 各向异性程度随压力升高而减小, 泊松比和延展性则受压力的影响较小; 随温度的升高, TATB的力学稳定性逐渐下降, 有发生力学失稳的可能, 各弹性常数随温度升高而逐渐减小, 各向异性程度也随之减小; TATB 的声速和德拜温度同样随着压力升高而增大, 平均声速从0 GPa下的1833 m/s, 增加到10 GPa 下的3143 m/s, 德拜温度由0 GPa下的254 K增加到10 GPa的587 K. TATB 热膨胀系数的计算表明, 在200-500 K 温度常压情况下, 其体热膨胀系数为35.9×10^-5 K^-1, 与实验数据符合较好.     

TATB生成焓的量子力学计算

采用Hartree-Fock方法和密度泛函 BPW91方法,对TATB分子的几何结构进行了优化,计算了其电子能量和热运动的能量.计算并讨论了TATB的生成焓.结果表明,TATB分子中的苯环离域电子结构引起TATB生成焓计算的较大的系统偏差;利用具有相似离域电子结构的苯和NO的生成焓进行修正,计算得到的TATB生成热与实验结果符合较好.?     

同步辐射SAXS技术在TATB含能材料微孔结构研究中的初步应用

TATB含能材料的微结构对该材料的感度等有明显的影响,因而对于材料的安全性有着特别重要的意义.小角X射线散射(SAXS)技术是一种分析物质微观结构的重要手段,应用SAXS分析技术可以获取材料中几纳米到几百纳米尺度范围的亚微结构信息.利用同步辐射作为X射线源对TATB钝感炸药进行了小角散射实验测量,获得了SAXS测量谱.对实验谱数据进行处理,可得到样品材料的颗粒分布及内部微孔大小等微结构参数.     

应用分形理论探讨炸药的撞击感度

 根据分形几何的周长-面积公式及线性回归原理,对TATB等六种炸药样品的落锤试验的分幅图像进行了图像处理和分形维数计算。从中发现,越钝感的炸药样品,分形维数越大。因此,可以认为,用炸药样品的分形维数来鉴别撞击感度是基本可行的。     

三氨基三硝基苯材料微孔结构的小角x射线散射实验研究

应用同步辐射x射线小角散射技术研究了不同工艺制备的三氨基三硝基苯样品中的微孔状况 ，得到了样品材料有关微结构参数，包括微孔平均孔径及孔径分布、分形特征、Porod常数 及界面参数等，并分析了微孔结构参数的变化规律.结果表明，不同工艺制备的TATB样品材 料其微孔结构有较大差别，都有较显著的特征. 关键词： 小角x射线散射 TATB材料微孔分布     

JB9014炸药在常温和-54 ℃低温下冲击引爆压力场发展的实验研究

 应用锰铜压力计对钝感高能炸药JB9014在常温和-54 ℃下冲击起爆压力场的发展进行了实验研究。在-54 ℃下压力场的发展图像揭示出JB9014炸药遵循均质炸药起爆机理,而常温下的这种图像表明其兼备均质和非均质炸药起爆机理;在-54 ℃下JB9014炸药的冲击感度比常温下低得多;无论是在常温下还是在-54 ℃低温下,JB9014炸药的冲击感度均比具有相同TATB/粘结剂配比的PBX-9502炸药的低。     

银溶胶中电荷转移诱导的表面增强拉曼光谱研究

在银溶胶中加入具有双官能团的对氨基苯甲酸分子,银纳米粒子可以通过耦联分子PABA的作用相连,在两个或几个银纳米粒子间形成亚纳米级的间隙,处于间隙中的耦联分子的拉曼信号被极大的增强,尤其是b2振动模式得到了极大增强,这可能是由于银纳米粒子间耦联分子的隧道电荷转移现象引起的.     

TATB分子的结构及分子间相互作用

采用Hartree-Fock方法和密度泛函BPW91方法,对TATB双分子系统的几何结构和能量进行了优化和计算,得到双分子共平面的平衡结构.结果表明在TATB分子内部H和O之间存在着明显的氢键.分子之间的相互作用使TATB分子的对称性下降.一般地,没有充分计入分子之间的相互作用的影响时,计算得到的C-N键长比实验测得值大,而计算得到的C-C键长比实验测得值小.计算并讨论了TATB分子之间的相互作用能,表明TATB分子形成晶体结构时,应当以层状晶体结构最为稳定.     

L-天冬氨酸在银胶体中吸附状态的表面增强拉曼光谱研究

利用表面增强拉曼光谱 (Surface EnhancedRamanScattering,SERS)研究了L 天冬氨酸在银溶胶体中的吸附状态及其浓度变化对表面增强拉曼散射效应的影响 ,并探讨了L 天冬氨酸在银溶胶表面的吸附作用特点和规律。实验结果表明 ,L 天冬氨酸在银溶胶中有明显的SERS信号 ,经过分析表明 ,该化合物能够吸附在银表面 ,这种吸附是通过羧基和氨基中的氮原子与银结合来实现的 ,L 天冬氨酸分子中带有负电荷的羧基和氨基中带有孤对电子的氮原子都能与银原子配位 ,其中羧基在银表面的增强为电荷转移机制增强 ,具有化学吸附的特征 ;氨基在银表面的增强为电磁场增强机制 ,为物理吸附。而且SERS强度随着L 天冬氨酸浓度的变化而改变 ,当其浓度为 10 - 3mol·L- 1 时增强效果较好 ,当浓度降低 ,增强作用也逐步变弱     

钝感炸药圆筒试验与爆轰产物JWL状态方程研究

 对以TATB为主的钝感炸药JB-9014进行了25 mm和50 mm两种装药直径的圆筒试验，测试了TU1圆筒在爆轰产物驱动下的膨胀过程R(t)关系。对圆筒试验进行了综合分析和二维数值模拟计算，综合评估了JB-9014的作功能力和圆筒试验的相似性。通过二维流体动力学数值模拟，确定得到了JB-9014炸药爆轰产物JWL状态方程参数。经对JB-9014二维平面滑移爆轰驱动试验的数值模拟检验，证明确定的JWL状态方程参数是可靠的，具有较高的精度和普适性。     

新型钝感炸药1-氧-2，6-二氨基-3，5-二硝基吡嗪的合成及表征

美国LLNL1995年合成出的代号为LLM-105的高能量密度材料，其化学名称为1-氧-2，6-二氨基-3，5-二硝基吡嗪（2，6-diamino--3，5-dinitropyrazine-1-oxide），分子结构式C4H4N605，分子量216．04，密度为1．913g／cm^3，氧平衡为-37．03％，生成热为-3．1kcal／mole，外观为亮黄色的针状晶体，比TATB的能量约高25％，且有着良好的热安定性，特性落高Dh50=117cm（RDX和HMX的特性落高30-32cm），对静电火花的刺激也很钝感。由于综合性能优异，LLM-105已经引起了国际炸药界的极大兴趣。     

BTF的细化方法探索

BTF[苯并三(1，2，5)-氧化二氮茂-(1，4，7)三氧化物，苯并三氧化呋喃]是一种安全性、热安定性、爆轰能量与HMX相当、冲击起爆感度、熄爆直径与太安相当的优良起爆药。为深入研究BTF性能、提高使用效果，采用冲击重结晶法、机械研磨法、喷雾干燥法探索超细BTF的制备。     

母环氨基修饰罗丹明衍生物的结构、热力学性质及其光谱的理论研究

采用DFT/B3LYP方法对3种母环氨基修饰的罗丹明类衍生物的结构进行了全优化,得到此3种化合物的基态和激发态的结构参数、振动光谱、前线分子轨道能量等相关数据,并在基态和激发态几何构型优化的基础上,用TD-DFT方法计算了其气相吸收光谱及发射光谱,全面分析了结构特征对热稳定性、前线分子轨道及光谱性质的影响。结果表明：化合物a末端氨基的扭转运动程度最低,化合物b相对于化合物a,分子共轭及平面程度提高,末端氨基的扭转运动程度增大,气相最大吸收波长及最大发射波长红移,且计算分子中最大发射波长最长,热稳定性最低。化合物c在计算分子中共轭及平面程度、热稳定性、HOMO能量最高,能隙最低,气相最大吸收波长最长。但相对于化合物b末端氨基的扭转运动程度增大,最大发射波长蓝移。     

显微红外光谱成像技术研究BTF炸药老化中的组分迁移

在贮存老化过程中炸药的组分迁移是常见现象,易迁移组分的迁移、重聚、再结晶等过程对装药的安全性有显著影响,严重的会使得装药发生失效。装药的组分迁移过程的精细化表征是一个难点。本文利用显微红外光谱技术针对BTF炸药组分的分布情况进行了精细表征,进一步研究了BTF在不同温度、不同时间老化过程中BTF的组分分布情况,从中探索了BTF的组分迁移规律及其表征方法。实验获得了BTF的组分分布情况,发现BTF具有较强的耐迁移能力,在经历100,110,130℃进行20,24和17h的老化过程中BTF发生了轻微的迁移现象。该研究表明显微红外光谱技术是一种有效的研究BTF组分迁移规律的表征手段。