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1.
固相硝基甲烷相变的第一性原理计算   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
张力  陈朗 《物理学报》2014,63(9):98105-098105
研究极端条件下固相分子晶体含能材料的相变机理,对于人们认识固相含能材料的爆轰反应有着重要的意义. 采用基于校正密度泛函理论的第一性原理方法研究固相硝基甲烷在静水压下的行为. 分析晶格参数a,bc 轴随压强的变化,发现在1 GPa到12 GPa时晶格参数出现不连续的变化,表明体系发生相变. 在相变时最大的二面角从155.3°增加到177.5°,二面角的增加限制CH3官能团自由旋转,使得C–N和C–H键的键长发生变化. 在相变之前,体系主要存在由C–H…O组成的分子间的氢键,而在相变之后存在分子内的H…O和分子间C–H…O组成的氢键. 此外通过对硝基甲烷体系的电子结构进行计算,发现相变会影响带隙随压强的变化,而且还会影响费米能级附近的态密度结构. 关键词: 相变 硝基甲烷 校正密度泛函理论  相似文献
2.
Modeling of nitromethane flame structure and burning behavior   总被引:1,自引:0,他引:1  
Nitromethane was investigated in this study due to the push for higher performance and reduced toxicity monopropellant. A comprehensive detailed model for its flame structure and linear regression rate was developed and validated with experimental data. The model considered one-dimensional behavior with surface vaporization and detailed gas-phase kinetics based on the RDX mechanism of Yetter et al. combined with the nitromethane decomposition mechanism of Glarborg, Bendtsen, and Miller, resulting in a mechanism consisting of 47 species and 250 elementary reactions. The predictive model was implemented using a custom FORTRAN code wrapping the CHEMKIN 4 PREMIX gas-phase solver coupled with the condensed-phase solution. Predicted burning rates using the model showed good agreement with measured rates up to 15 MPa. Calculated species and temperature profiles showed three distinct regions based upon the appearance and consumption of certain species. The first region was marked by decomposition of nitromethane, the second region by consumption of all intermediate species except CH4 and NO, and the third region by the rise to final temperature and species concentrations near the equilibrium values. Among the intermediate species, CH4 and NO had higher concentrations than those of CH2O, N2O, HNO, and HONO. CH4 served as fuel species and NO provided a portion of the oxidizer for the third-region reactions to reach equilibrium composition. Sensitivity analysis identified the importance of two elementary reactions involving HNO to the temperature profile, and therefore the burning rate. Although the absolute level of NH and HCO were low, they served as an important intermediate species transporting nitrogen and carbon, respectively, between other higher-concentration species. The calculated flame zone thickness is consistent with that measured by microthermocouples.  相似文献
3.
The adsorption and reaction of the isomers nitromethane (CH3NO2) and methyl nitrite (CH3ONO) on two ordered Sn/Pt(111) surface alloys were studied using TPD, AES, and LEED. Even though the Sn–O bond is stronger than the Pt–O bond and Sn is more easily oxidized than Pt, alloying with Sn reduces the reactivity of the Pt(111) surface for both of these oxygen-containing molecules. This is because of kinetic limitations due to a weaker chemisorption bond and an increased activation energy for dissociation for these molecules on the alloys compared to Pt(111). Nitromethane only weakly adsorbs on the Sn/Pt(111) surface alloys, shows no thermal reaction during TPD, and undergoes completely reversible adsorption under UHV conditions. Methyl nitrite is a much more reactive molecule due to the weak CH3O–NO bond, and most of the chemisorbed methyl nitrite decomposes below 240 K on the alloy surfaces to produce NO and a methoxy species. Surface methoxy is a stable intermediate until 300 K on the alloys, and then it dehydrogenates to evolve gas phase formaldehyde with high selectivity against complete dehydrogenation to form CO on both alloy surfaces.  相似文献
4.
建立了一套高分辨的离子速度影像装置。在这套装置中,离了透镜的设计是利用Simion7.0应用程序对电场中离子的空间分布进行模拟“聚焦”得到的,达到了将离了源空间分布中速度相同而位置不同的离子聚焦在同一点上的效果。利用这套装置研究了CCl3Br在267nm附近的光解反应产物Br(^2P3.2)和Br^*(^2P1.2)的速度和角度的分布,得到了β(Br)=-0.48,β(Br^*)=1.44。  相似文献
5.
Using a specific numerical example, we consider and discuss a problem of correction of quantum–chemical force fields because of the ambiguous selection of the systems of scaling factors. Additional conditions are suggested that make it possible to narrow noticeably the regions of solutions of the inverse vibrational problem.  相似文献
6.
 对高压下液态硝基甲烷的性质进行经典和基于第一性原理计算的Car-Parrinello分子动力学(CPMD)模拟。利用经典势的分子动力学(MD)模拟研究了高压压缩状态下液态硝基甲烷的结构和热力学性质,得到了高达14.2 GPa压力下的理论Hugoniot数据。对于一些热力学函数,如总能和粒子速度,经典势模拟给出了很好的总趋势,基本特征和实验观测一致。但是在给定的密度下,经典模拟预言的Hugoniot压力偏高。在几个选定的密度下,进行了CPMD模拟,得到了二体相关函数、速度自相关函数、振动光谱和其它的热力学性质,并与经典模拟结果进行了比较。对二体相关函数的分析表明经典势的短程部分的刚性可能太强,从而导致了比实验值高的理论压力值。对于某些二体相关函数,CPMD模拟和经典模拟结果差别很大,可以归结为量子效应。当压力增高时,量子模拟得到的振动光谱向高频部分移动的现象与实验观测相符合。  相似文献
7.
利用高里德堡态氢原子飞行时间 (HRTOF)探测技术 ,研究了正丙醇和异丙醇的紫外光解动力学过程 .在 193.3nm光辐射下 ,O -H键快速断裂过程构成主要的氢原子生成通道 .伴随O -H键的碎裂 ,相当大的一部分能量转换成氢原子及其相应碎片的平动能 (正丙醇〈fv〉 =0 .76 ;异丙醇〈fv〉 =0 .78) .氢原子碎片具有各向异性的角度分布 ;其角分布异向因子 β分别为 - 0 .79(正丙醇 )和 - 0 .77(异丙醇 ) .研究结果表明 ,吸收 1个 193.3nm光子后 ,丙醇分子跃迁到一个寿命很短的电子激发态 ;沿着O -H反应坐标 ,该激发态势能面是排斥的 ,因而O -H键快速断裂 .此外 ,还得到了丙醇的O -H键离解能 :(432± 2 )kJ/mol(正丙醇 )和 (433± 2 )kJ/mol(异丙醇 ) .  相似文献
8.
cndo/Force method is used to evaluate the redundancy free internal valence force fields for two conformers of nitromethane. The initial force field is set up by taking the interaction and bending force constants from this method and transferring the stretching force constants from the force fields of chemically related molecules. The final force field is obtained by refining the initial force field using vibrational frequencies of isotopic speciesviz CH3NO2, CD3NO2, CH3 15NO2 and CH3N18O2. The final force field thus obtained is reasonable on the basis of frequency fit and potential energy distribution. The barrier to internal rotation is found to be 0.048 kcal mol−1.  相似文献
9.
用密度泛函理论在B3LYP/6-311++G(2d,2P)计算水平上对最低单态和最低三态的硝基甲烷分子进行了分子动力学计算分析,发现,硝基甲烷分子基态沿C-N键分解生成硝基和甲基反应通道上不存在过渡态,只能是在能量足够高的时候造成C-N键的断裂,键离解能为53.4kcal/mol;硝基甲烷分子在最低三态沿C-N键分解生成硝基和甲基的反应通道上,有一个活化能为87.8kcal/mol的能垒。计算得到硝基甲烷分子从基态到最低三态份分解反应发生所需要的总能量为144.58kcal/mol.这个数值与硝基甲烷材料的电子碰撞实验在193nm处的有强吸收峰的结论相符合。依据多声子迁移理论,结合硝基甲烷分子在最低三态动力学分解的可能性,可以认为在相同条件下,硝基甲烷材料在撞击条件下,分子沿C-N键分裂生成硝基和甲基的反应在最低三态分子分解的可能性较大。文章用量化计算从分子构型、频率分析和势能面扫描方面对分析结论进行了加强和确定。并且,依据多声子迁移理论对硝基甲烷分子基态键离解过程、基态到三态激发过程和最低三态活化过程中的声子迁移进行了初步分析。  相似文献
10.
用密度泛函理论在B3LYP/6-311++G(2d,2P)计算水平上对硝基甲烷分子进行了结构优化、频率和热化学分析.发现:在相同温度条件下改变压强,分子熵函数产生了改变,当温度和压强条件相同时,对于不同物质熵函数的改变是相同的.以热力学理论中麦克斯韦关系为基础,通过计算等温过程中分子的熵函数对压强的变化率,用数值拟合方法得到不同压强条件下分子温度的表达式:T=T0+(1-B)[18.3858+0.5392P]V0,式中T0、V0分别表示分子系统初态的温度和体积,T、V分别表示系统在末态的温度和体积,B是体积的压缩比.在选定参数的情况下该表达式可以计算不同压强条件下CHNO含能材料的分子温度.同时,以硝基甲烷为验证,选取基本参数V0和B,计算其在C-J条件对应的爆压14GPa下,分子温度为3461K,对应爱因斯坦温度,相当于3228cm-1的能量,在实验中该能量足以激发硝基甲烷分子内振动能量重新分配过程,有可能激发C-N键的红外振动而引起单分子分解反应的发生.因此,此表达式可用于预测含能材料撞击点火过程单分子分解可能的反应通道.  相似文献
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