CL-20/TNT共晶炸药的分子动力学研究

运用分子动力学(MD)方法,选择凝聚态分子势能优化力场(COMPASS),对六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)、2,4,6-三硝基甲苯(TNT)晶体及其等摩尔比的CL-20/TNT混合炸药和共晶炸药进行不同温度下恒定粒子数等压等温(NPT)系综模拟研究.结果表明,CL-20/TNT共晶的内聚能密度(CED)和结合能随温度的升高逐渐减小;共晶的CED比混合炸药的大,结合能是混合炸药的2倍多,预示其稳定性明显增强.对相关函数和局部放大结构显示共晶中组分分子间作用主要来自TNT中H和CL-20中O以及CL-20中H和TNT中O之间形成的氢键.通过波动法求得的弹性力学性能结果表明,CL-20/TNT共晶的拉伸模量(E)、体积模量(K)和剪切模量(G)介于ε-CL-20和TNT晶体之间,且随温度的升高而下降,符合一般预期;但共晶炸药的柯西压(C12-C44,Cij弹性系数)、K/G和泊松比(ν)均比其组分炸药ε-CL-20和TNT高得多,预示该共晶具有异常高的延展性和弹性伸长,主要是二组分呈层状交替排列且之间存在较强相互作用所致.     

TATB/氟聚物PBX沿不同晶面力学性能的分子动力学模拟

用分子动力学(MD)方法, 模拟计算了著名钝感炸药TATB(1, 3, 5-三氨基-2, 4, 6-三硝基苯)与四种氟聚合物[聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、氟橡胶(F₂₃₁₁)、氟树脂(F₂₃₁₄)]构成的高聚物粘结炸药(PBX)的力学性能. 结果表明, 在TATB中添加少量氟聚物能有效改善其力学性能; 沿TATB不同晶面与氟聚物“粘结”, 构成PBX的力学性能有所不同, 改善力学性能的整体效应为(010)≈(100)>(001).     

ε-CL-20基PBX结构和性能的分子动力学模拟——HEDM理论配方设计初探

以高能量密度化合物ε-CL-20(六硝基六氮杂异伍兹烷)为主体,分别添加5种高聚物黏结剂(Estane5703、GAP、HTPB、PEG和F2314)构成高聚物黏结炸药(PBXs).用分子动力学(MD)方法模拟研究各PBX的结合能、相容性、安全性、力学性能和能量性质,通过比较和分析,为优选黏结剂、指导HEDMs配方设计提供信息和规律.由结合能预测各PBX的相容性和稳定性排序为:ε-CL-20/PEG>ε-CL-20/Estane5703≈ε-CL-20/GAP>ε-CL-20/HTPB>ε-CL-20/F2314.以对相关函数g(r)描述了组分之间相互作用的方式.5种黏结剂的少量加入均能显著改善ε-CL-20的弹性力学性能,增强各向同性.各黏结剂并非通过改变ε-CL-20的分子结构影响PBX的感度.它们主要通过自身的热容(C°p)和密度(ρ)影响PBX的安全性和能量性质.     

PETN基PBX结合能和力学性能的理论研究

PETN(季戊四醇四硝酸酯)是著名的硝酸酯类猛炸药,用量子力学(QM)、分子力学(MM)和分子动力学(MD)方法,计算模拟其与高聚物组成的PBX(高聚物粘结炸药)的结合能和力学性能.以AM1-MO法和MM方法取PETN与系列高聚物的尺寸匹配原子簇模型,经几何全优化计算,发现两种方法求得的结合能彼此线性相关.对PETN超晶胞及其与系列氟聚物组成的双组分PBX,实施COMPASS力场下的分子动力学(MD)周期性模拟,求得其弹性系数、拉伸模量、体模量、剪切模量和泊松比,发现添加少量高聚物确能有效改善炸药的力学性能.     

环四甲撑四硝胺(HMX)结构和性质的DFT研究

用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,取6-31G基组,求得环四甲撑四硝胺分子的几何构型、电子结构、 IR谱和298～1200 K的热力学性质.全优化几何构型和电子结构均具有Ci对称性.在相邻原子之间以N-NO2键的Mulliken集居数最小,表明其间电子分布较少,预示其为热解和起爆的引发键.IR谱与实验结果良好相符.     

环五甲撑五硝胺(CRX)结构和性质的DFT预示

用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,在6-31G*基组水平下,全优化计算了环五甲撑五硝胺(CRX)的分子几何和优化构型下的电子结构.环C-N键长为0.144～0.148 nm, N-NO2键长为0.139～0.142 nm; CRX的最高占有MO(HOMO)能级和最低未占MO(LUMO)能级之间的差值ΔEg(5.2054 eV)较大,预示CRX较稳定.基于简谐振动分析求得IR谱频率和强度.运用统计热力学方法,求得在200～1200 K的热力学性质C0p,m、 S0m和H0m.还运用Kamlet公式预示了它的爆速和爆压分别为9169 m/s和37.88 GPa.     

甲苯定向硝化的理论研究

运用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法，在6-31G~(* *)基组水平上，全优化计算 了硝酰阳离子NO_2~+对苯和从0-，m-,p-位进攻甲苯亲电取代硝化后应，求得4条反 应途径上包括反应物、过渡态和Wheland中间体共(4×3)12个反应驻点σ络合物的 分子几何、电子结构、能量和IR光谱等性质，阐明了反应中无同位素效应的实验事 实，求得各反应途径的活化能排序：p-＞o-＞PhH＞m-和σ络合物(R,TSak或INT)的 相对稳定化能排序：p-ArCH_3-NO_2~+＞o-ArCH_3-NO_2~+＞m-ArCH_3-NO_2~+＞ PhH-NO_2~+，从而阐明了甲基对苯环致活(或致钝)以及增加甲苯硝化络合物稳定性 的双重功能，对甲苯定向硝化的理论预示与实验结果相吻合。     

多氰基立方烷生成热的DFT-B3LYP和半经验MO研究

运用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法和半经验MO(MINDO/3,MNDO,AM1和PM3)方法系统计算了全部21种多氰基立方烷的生成热,首先,在DFT-B3LYP/6-31G^*水平下通过不破裂立方烷笼状骨架(亦即选择立方烷为参考物)的等键反应设计,精确计算了9种多氰基立方烷的生成热;发现B3LYP/6-31G^*结果分别地均与上述四种半经验MO方法求得的生成热之间存在良好的线性关系(相关系数均在0.9994以上),且以AM1生成热与B3LYP/6-31G^*计算值最为接近,其次,其它12种多氰基立方烷的精确生成热借助上述线性关系通过校正对应的AM1结果而获得,多氰基立方烷的生成热很高,且随-CN基数目的增加而线性地增大,表明它们属于极具潜力的“新一低高能炸药”而具开发价值。     

多氰基立方烷生成热的DFT-B3LYP和半经验MO研究

运用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法和半经验MO(MINDO/3,MNDO,AM1和PM3)方法系统计算了全部21种多氰基立方烷的生成热,首先,在DFT-B3LYP/6-31G^*水平下通过不破裂立方烷笼状骨架(亦即选择立方烷为参考物)的等键反应设计,精确计算了9种多氰基立方烷的生成热;发现B3LYP/6-31G^*结果分别地均与上述四种半经验MO方法求得的生成热之间存在良好的线性关系(相关系数均在0.9994以上),且以AM1生成热与B3LYP/6-31G^*计算值最为接近,其次,其它12种多氰基立方烷的精确生成热借助上述线性关系通过校正对应的AM1结果而获得,多氰基立方烷的生成热很高,且随-CN基数目的增加而线性地增大,表明它们属于极具潜力的“新一低高能炸药”而具开发价值。     

Cl2+2HBr=2HCl+Br2反应的机理和应用

用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,取6-311G**基组,细致研究了反应Cl2+2HBr= 2HCl+Br2的机理,求得一系列四中心和三中心过渡态.双分子基元反应Cl₂+HBr®HCl+ BrCl和BrCl+HBr®Br₂+HCl的活化能(138.96和147.24 kJ· mol-1)小于Cl₂,HBr和BrCl的解离能,从理论上证明了标题反应将优先以分子与分子作用形式完成.将其应用于从HBr中回收溴,以Cl₂直接与HBr气体反应,生成的含溴混合气体,经冷凝并以四氯化碳吸收分离得到液溴和盐酸;溴的回收率大于96%,其含氯量小于3.0%.提供了运用基础理论解决生产中难题的成功例证.