CL20-TNT共晶高温热解的ReaxFF/lg反应力场分子动力学模拟

ReaxFF/lg势函数是在ReaxFF的基础上增加了对范德华引力的描述, 因此可以更好地用于描述晶体密度和结构, 而含能材料密度很大程度上影响着爆轰的宏观性质(如爆速、反应区宽度、能量输出结构等). 本文采用ReaxFF/lg反应力场分析了高温条件下凝聚相CL20-TNT共晶的初始分解情况, 并通过简单的指数函数拟合势能演化曲线获得了平衡和诱导期以及整体反应时间, 随后通过反应速率方程得到了共晶热解的活化能E_a (185.052 kJ/mol). CL20-TNT共晶热解过程中CL20分子均在TNT之前分解完毕, 并且随着温度的升高, TNT的分解速率明显加快, 温度越高二者完全分解所需的时间越接近. 有限时间步长下的产物识别分析显示主要产物为NO₂, NO, CO₂, N₂, H₂O, HON, HNO₃. NO₂是C–NO₂和N–NO₂键均裂共同贡献的结果, 其产量快速地增加, 达到峰值后开始减少, 此过程伴随着NO₂参与其他反应使得NO₂中的N原子进入到其他的含N 分子中. 次要产物主要为CO, N₂O, N₂O₅, CHO. N₂O具有很强的氧化能力, 使其分布有着剧烈的波动特征. 关键词： 共晶结构 高温热解 ReaxFF/lg 势函数 分子动力学     

纳米度域材料断口的分形结构与分维测量 *

利用计算机模拟了不同分维的断口形貌 ,并对各种分维测量方法在纳米度域的适用性和可靠性从理论和实验两方面进行了研究 .对于金属断口 ,在进入纳米度域后 ,由于小岛截面数的限制或数据量的有限性 ,面积 周长法和基于Fourier变换的功率谱方法遇到了困难 .模拟计算表明 ,盒子计数分维测量方法可以作为纳米度域分维的测量方法 .用扫描隧道显微镜 (STM)采用立方体元方法在纳米尺度测定了5Cr2 1Mn9Ni4N汽阀钢断口的分形维数 .结果表明分形维数在纳米度域具有方向性 ,对于理论分形曲面 ,这种分形维数的方向性是由数据点数的有限性所造成的 ,即是一种边界效应 ;然而 ,对于实际断口 ,这种方向性除了边界效应外 ,还是材料的内禀特性的反映 .宏观度域的分形维数与材料性能的关系在纳米度域仍然存在 .     

六硝基六氮杂异伍兹烷/2, 4, 6-三硝基甲苯共晶冲击起爆过程的分子动力学模拟

多尺度冲击技术可以准确的再现含能材料冲击起爆过程中冲击波阵面及反应区内的热力学和化学反应路径. 文本利用反应力场分子动力学(ReaxFF-MD)对六硝基六氮杂异伍兹烷/2, 4, 6-三硝基甲苯(CL20/TNT)1:1共晶沿<110>方向以6–10 km·s^-1的冲击速度进行冲击压缩模拟. 产物识别分析显示当冲击速度≥7 km·s^-1时, 冲击激发化学反应发生, 并且利用Rankine-Hugoniot守恒关系求得冲击起爆压力为24.56 GPa. 再者, 比较了冲击速度与粒子速度, 冲击速度与冲击诱发形变的关系, 当冲击速度为7–8 km·s^-1时, 冲击起爆发生, 系统经历弹- 塑性相变, 初级化学反应及次级化学反应, 并且相变与化学反应同时进行, 对于较高的冲击波速度(≥9 km·s^-1), 共晶系统内为过驱响应, 热力学参数均出现陡峭的梯度变化, 冲击波压缩材料直接阶跃至塑性变形阶段, 并且此阶段出现大量的碳原子.     

电荷修饰对碳纳米管水分子填充过程的影响

利用分子动力学模拟和伞形抽样技术,研究了微流体化水分子在碳纳米管中的输运过程．模拟结果显示,碳纳米管管端的正电荷修饰可以降低其内部水柱的生长速度,而负电荷修饰则加快水柱的生长．在不同的电荷修饰条件下,通过统计碳纳米管内水柱的生长过程可以得到自由能曲线,利用这些自由能曲线可以合理地解释碳纳米管内水柱生长的动力学过程．     

第一性原理研究有机分子晶体中电声子耦合的压强效应

电声子耦合系数是决定有机分子体系电荷传导过程的最重要因素之一,研究电声子耦合对理解有机分子晶体中的本征电荷传输机制有重要的意义.从实验得到的晶体结构出发,使用密度泛函理论计算出电子结构和声子模式,再投影到紧束缚模型,通过数值拟合和有限差分,计算出各个声子模的电声子耦合系数,进一步还可以研究随压强变化的关系.以萘晶体为例,计算表明,声子频率随压强增加,但电声耦合强度随压强增大而减小,对迁移率起到促进作用.     

高速冲击压缩梯恩梯的分子动力学模拟

采用反应力场分子动力学方法模拟了梯恩梯(2,4,6-trinitrotoluene,TNT) 冲击压缩过程. 冲击压缩完全时,体积压缩至原体积40%,梯恩梯分子分解完毕,体系压力达到峰值. 随后稀疏波反向拉伸致大量原子或分子基团飞溅至下游,同时压力开始卸载. 密度及粒子速度剖面显示压缩波后方密度较大,粒子基本处于静止状态,且压缩波内存在较大的粒子速度梯度. 早期化学反应特征是梯恩梯分子在冲击压缩作用下脱落H,O 原子后残基快速聚合形成较大的分子团簇,此阶段和平动—振动弛豫过程相关,并且分子由平动—振动模态转换的时间尺度为0.5 ps. 产物识别分析显示梯恩梯在高速冲击压缩下致C—H,O＝N 键断裂,脱落的原子部分形成OH,H₂,H₂O,N₂,部分H,O 原子游离在体系中. 含碳团簇分析显示,冲击压缩作用致体系中含碳团簇的摩尔质量逐渐累积. 体系内含碳团簇中O/C,H/C,N/C 原子数量比值逐渐趋于平衡(O/C=0.680,H/C=0.410,N/C=0.284),且均小于初始结构中的比值.