《含鋁亞穩分子間複合物反應機理和規律的理論研究》是依託四川大學，由程新路擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：含鋁亞穩分子間複合物反應機理和規律的理論研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：程新路
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
含鋁亞穩態分子間複合物具有極高的能量釋放率、超常的燃燒微探勸效率和低敏感性等優勢，在國防等套用方面有重要價值。由於它的反應是納米尺度上的固-固反應，反應過程涉及複雜的結構變化、能量輸運等，無論是對理論還是實驗來說都是一個挑戰。因此對其反應機理進行研究, 具有很重要的套用背景和重要的科學意義。本項目研究Al/Fe2O3, Al/MoO3等在衝擊載入下的動力學過程和衝擊誘導的化學反應機理。在量子力學計算的基礎上，構造能夠描述化學反應的相互作用勢。分別採用第一性原理分子動力學和經驗勢分子動力學方法，對其在衝擊作用下的電子結構變化過程、衝擊起爆反應機理進行研究。對Al/Fe2O3, Al/MoO3在多尺度水平模擬衝擊作用下納米顆粒分裂、熔化、質量擴散和能愚白陵察量釋放過程，進而研究點火時間、化學波陣面傳播速度以及反應速率等與粒子尺度的規律性關係。研究結果對理解納米含能材料的性能和預測物質的反應特性有重要意義。
結題摘要
含鋁亞穩態分子間複合物涉及的反應是納米尺度上的固-固反應，其反應過程涉及複雜的結構變化、能量輸運等，無論是對理論還是實驗來說都是一個挑戰。因此對其反應機理進行研究, 具有很重要的套用背景和重要的科學意義。本項目開展了對鋁熱反應的反應機理和反應特端應龍性在中大規模體系下進行分子動力學模擬的研究。對鋁熱反應殃宙晚少的屑章習分子動力學勢模型進行了研究和驗證，確定了ReaxFF動態反應力場為分子動力學模擬的勢模型。基於量子力學第一性原理，研究其在衝擊作用下ps時間尺度的反應過程；基於大量的量子力學計算結踏槳果，特別是原子結構的時間演變過程和電子結構的變化特徵，構造了能夠描述化學反應的相互作用勢ReaxFF，最佳化了相應的勢參數。選定並建立了以LAMMPS為基礎的中大規模分子動力學模擬計算的基礎平台，為了更高效地使用其中的ReaxFF勢進行模擬和數據分析，對LAMMPS的源碼進行了修改，並開發了一套相應的前期和後期數據處理工具軟體。套用所選勢模型和組建的模擬平台對含鋁亞穩態分子間複合物（Al和Fe2O3，Al和MoO3）的熱反應和碰撞反應機理和特性進行了原子分子層面的分析和研究。 本項目建立的研究方法和工具能以非常高的計算精度/計算成本比對中大規模（達10萬以上原子量級）的體系的初始反應動力學過程進行模擬研究，從而突破了常見理論研究中因受到體系規模限制而不能較好地結合實驗研究的現狀，使得從少原子體系、納米以及介觀尺度上對鋁熱反應進行微觀模擬研究成為可能。由於目前鋁熱反應的實驗研究和套用的前沿基本上在納米尺度，台蜜牛本項目通過提高計算精度／成本比，擴展模擬體系規模，能在納米尺度對鋁熱反應進行原子級別的模擬，通過結合實驗領域中最新的研究結果，獲得了納米尺度鋁熱反應機理和反應特性在原子層次上的新認識。
