TATB基PBX结合能的分子动力学模拟

用分子动力学（MD）方法, 模拟计算了四种氟聚合物(聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚三氟氯乙烯（PCTFE）、氟橡胶（F₂₃₁₁)、氟树脂(F₂₃₁₄))与TATB(1,3,5- 三氨基- 2,4,6- 三硝基苯)晶体的相互作用. 结果发现, 四种氟聚物与TATB的结合能大小排序为PVDF>F₂₃₁₁>F₂₃₁₄>PCTFE, 各氟聚物在TATB不同晶面上的结合能大小排序为(001)>(010)>(100), 结合能主要由分子间氢键决定.     

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.     

分子动力学模拟浓度和温度对TATB/PCTFE PBX力学性能的影响

为探讨高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosive, PBX)的力学性能随温度和高聚物浓度而变化的规律, 用分子动力学(MD)方法和compass力场, 对著名高能炸药1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)与常用高聚物粘结剂聚三氟氯乙烯(PCTFE)所构成的TATB/PCTFE PBX进行模拟计算. 结果表明, 在一定范围内, 随高聚物浓度的增加, PBX的弹性系数和模量减小, 表明其刚性减小、弹性增加; 而随温度的升高, PBX的刚性减小、弹性增强. 还发现PBX的结合能随浓度增高而增大, 随温度升高而减小.     

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).     

TATB/聚三氟氯乙烯复合材料力学性能的MD模拟

Molecular dynamics（MD）was performed to simulate and calculate the combination energy and static mechanical properties（i. e. elastic coefficient,modulus and poisson's ratio）of composite material,1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene coated with polychlorotrifluoethylene（TATB / PCTFE）. It is found that the intermolecular interaction especially H-bond is quite strong. The results show that the elastic properties of Fluorine-Polymer Bonded Explosive（PBX）have changed much compared to those of pure TATB. Its tensile modulus,bulk modulus and shear modulus are reduced evidently. The rigidity of PBX is lowered while the elasticity is increased,which manifests the mechanical property of PBX is improved greatly.     

HMX/TATB复合材料弹性性能的MD模拟

用分子动力学(MD)方法COMPASS力场, 分别在正则系综(NVT)和等温等压系综(NPT)下, 模拟计算了著名常用高能炸药HMX(环四甲撑四硝胺)与著名钝感炸药TATB (1,3,5-三氨基-2,4,6三硝基苯)所构成的混合体系在室温时的弹性性能和结合能. 结果表明, 在NVT和NPT两种系综下模拟所得结果呈平行一致的趋势; 与纯HMX相比, HMX/TATB复合材料的拉伸模量、体模量和剪切模量均有所下降; 在NVT系综下, 还完成了HMX/TATB混合体系的不同温度的MD模拟. 发现当温度在245～345 K范围时, 体系的刚性和弹性变化很小; 但当温度达到395 K时, 材料的刚性减弱, 柔性增强.     

TATB二聚体分子间作用力及其气相几何构型研究

采用对称性匹配微扰理论(SAPT)定量地求得TATB分子间的静电、交换排斥、诱导和色散等分子间作用能项, 从理论上揭示了TATB分子间作用本质; 在此基础上, 阐明了密度泛函在研究TATB二聚体时的适合性问题. 结果表明: (1)在有分子间氢键的TATB二聚体中, 库仑力足以与交换排斥力相抗衡, 起主导作用. (2)含分子间氢键的气相TATB二聚体的合理几何构型为平面型结构, 此结构的产生与色散力无关, 因此不管泛函是否含有近程色散作用, 均应预测到这种强极性的平面型结构. (3)在无分子间氢键的TATB二聚体中, 库仑力难以与交换排斥力相抗衡, 色散作用起到了关键作用; (4)在这种情况下, 未含有近程色散作用的密度泛函不可能给出合理构型. 恰好相反, 含有近程色散作用的密度泛函PBE0却能正确地预测到具有“平行重叠”结构且呈微弱极性的TATB二聚体, 色散力是导致这种构型产生的根本原因. “平行重叠”TATB二聚体是典型的色散体系, 其色散力占绝对主导地位并极有可能起源于两个TATB分子上π电子的相互作用. (5)对于所有TATB二聚体, 色散力或很显著或起主导作用. 由于密度泛函或未含有近程色散, 或只能部分地把近程色散表达出来, 这样使得当前所有密度泛函不可能精确求得这些二聚体的作用能.     

TATB及其衍生物的撞击感度与C-NO2键级的关系

对TATB及其系列衍生物进行了半经验分子轨道PM3和AM1计算，求得全优化几何构型和电子结构．结果发现各化合物分子中C-NO2键的Wiberg键级(WCN)均小于其他C—N或C—C键的键级．实验撞击感度h50%与WCN计算结果之间分别呈三阶成二阶多项式关系，相关系数r≥0．92．当WCN＜0．90时，该值对撞击感度影响甚微，表明属高感度炸药；而当WCN＞0．90时，撞击感度与分子中最小的G—NO2键级WCN呈显的线性关系，WCN增大，撞击感度线性递减，符合判别感度相对大小的“最小键级原理”．     

HMX和HMX/HTPB PBX的晶体缺陷理论研究

建立空位和掺杂点缺陷模型, 用分子动力学(MD)方法, 研究晶体缺陷对β-环四亚甲基硝胺(HMX)和β-HMX/HTPB(端羟基聚丁二烯)高聚物粘结炸药(PBX)的力学性能和爆炸性能的影响. 结果表明, 相对于HMX“完美”晶体(1)考察缺陷晶体(2和3), 以及相对于HMX完美晶体基PBX(1)考察缺陷PBX 2和PBX 3, 均发现弹性系数和(拉伸、体积、剪切)模量下降, 导致体系刚性减弱, 延展性和韧性增强. 这与在基炸药HMX晶体(1, 2和3)中分别加入HTPB高聚物粘结剂形成PBX 1, PBX 2和PBX 3呈现类似的相应的变化趋势和效果. 此外, 研究表明, 爆炸性质也依赖于体系的组成和结构. 因加入的是低能高聚物, 故PBX(1), PBX(2)和PBX(3)的爆热、爆速和爆压均比相应的基炸药(1, 2和3)低, 即晶体(1)＞PBX(1), 晶体(2)＞PBX(2), 晶体(3)＞PBX(3). PBX(1), PBX(2), PBX(3)与对应基炸药(1, 2, 3)的爆速和爆压取相同变化次序, 亦即PBX(1)＞PBX(2)＞PBX(3)对应于晶体(1)＞晶体(2)＞晶体(3). 这些计算结果和规律对PBX配方设计显然具有指导作用.     

偏氟乙烯/三氟氯乙烯交替共聚物在TATB表面吸附的分子动力学模拟

采用COMPASS力场和NVT正则系综的动力学模拟方法, 搭建了聚合度分别为10, 50和100的偏氟乙烯(VDF)/三氟氯乙烯(CTFE)交替共聚物, 对交替共聚物在1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)的(0,0,1)晶面上的吸附和结构进行了分子动力学(MD)模拟. 结果表明, 在300～320 K温区, 聚合度为100的VDF/CTFE交替共聚物链对TATB晶体有理想的表面活性和吸附能力, 以train型构象平铺于TATB表面. 通过对聚合度为10的交替共聚物的多链体系在TATB表面吸附的MD模拟, 表明了VDF/CTFE交替共聚物具有非凝聚吸附的高表面活性特征. 对搭建的乙酸乙酯溶剂化的聚合度为50的VDF/CTFE交替共聚物在TATB晶体表面吸附的模拟, 实验证明了溶剂小分子能够降低共聚物链的吸附能力, 且链以tail型构象吸附于TATB表面.     

TATB/氟聚物PBX力学性能、结合能和爆炸性能的模拟计算

Molecular dynamics （MD） method was used to simulate 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene （TATB） coated with fluorine containing polymers. The mechanical properties and binding energies of PBXs were obtained. It was found that when the number of chain monomers of fluorine containing polymers was the same, the elasticity of TATB/F2314 was increased more greatly than others and the binding energy of TATB/F2311 was the largest among four PBXs. Detonation heat and velocity of such four PBXs were calculated according to theoretical and empirical formulas. The results show that the order of detonation heat is TATB〉TATB/PVDF〉TATB/F2311〉TATB/ F2314 〉 TATB/PCTFE while the order of detonation velocity is TATB/PVDF 〈 TATB/F2311 〈 TATB/F2314 〈 TATB/PCTFE 〈TATB.     

HMX/F2311 NPT高聚物粘合炸药力学性能的NPT系综分子动力学模拟研究

本文用分子动力学模拟方法研究了以β型奥克托金(β-HMX)含能材料为基,以氟聚物F2311为粘合剂的高聚物粘合炸药(PBX)的力学性能。β-HMX晶体和以其为基的高聚物粘合炸药的弹性常数均由静态弹性常数分析法计算求得，而工程模量和泊松比则由Reuss平均法导出。根据柯西压和本体模量与剪切模量的比值，发现通过加入少量该种聚合物可有效地提高HMX晶体的延展性。     

反相气相色谱法研究1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯的表面特性

采用反相气相色谱技术(IGC)研究了4种不同粒度的1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)的表面性质。4种不同粒度的TATB表面自由能的色散分量（γds）随着温度的升高而增加;粒度越大的粒子,其色散自由能上升越快;在较高温度下,粗颗粒TATB显示了更强的色散作用(γds=193.2 mJ/m2,353 K),粒度最小的亚微米TATB显示了最弱的色散作用(γds=64.0 mJ/m2,353 K)。由于制备方法不同和粒子大小的差异,4种TATB的表面酸碱性质显示了明显的差别,细颗粒TATB表面有较强的亲电子特性;而其他3种TATB在极性探针分子的作用下的吸附均表现为吸热吸附,表现出在分子内和分子间具有强烈的相互作用,其Ka和Kb值均为负。     

四组分高能体系结合能和力学性能的分子动力学模拟

用分子动力学(MD)方法模拟研究了下列4种四组分高能混合体系的结合能和力学性能: 聚叠氮缩水甘油醚(GAP)/硝化甘油(NG)/1,2,4-丁三醇硝酸酯(BTTN)/二硝基偶氮氧化二呋咱(DNOAF)、GAP/ NG/ BTTN/三氢化铝(AlH₃)、聚乙二醇(PEG)/NG/BTTN/DNOAF和PEG/NG/BTTN/AlH₃. 结果表明, 在三组分粘合剂中加进DNOAF和AlH₃, 结合能均较大, 依次为45.35, 56.02, 48.75和65.96 kJ/kg, 预示体系稳定性和相容性均较好. 组分间的相互作用主要是非键力, 且含AlH₃体系的静电力更大, 其余体系以van der Waals力较大. 静态力学分析表明, 在4种混合体系中, PEG/NG/BTTN/AlH₃的拉伸模量、体模量(K)、剪切模量(G)、K/G 和柯西压(C₁₂－C₄₄)值均较大, 预示该体系的刚性、塑性和延展性均较好, 这可能与PEG的醚O和AlH₃的缺电子桥键之间存在特殊的配位键作用有关.