《高溫高壓下HMX炸藥晶體相變及熱分解機理理論計算》是依託南京理工大學，由朱衛華擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：高溫高壓下HMX炸藥晶體相變及熱分解機理理論計算
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：朱衛華
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
HMX是當今軍事上正在使用的綜合性能最好的炸藥。為了有效地利用HMX爆炸所釋放出的能量，以及防止在使用過程中偶然事故的發生、增強安全性，人們迫切需要詳細了解其高溫高壓下的結構-性能關係，以及熱穩定性和分解機理，揭示其高溫高壓下的物理、化學和爆炸行為。本項目以HMX三種晶型為研究對象，通過量子分子動力學（MD）方法（從頭算MD和半經驗量子MD）模擬計算，研究它們在不同溫度、壓力下的結構、分子振動光譜、晶體相變規律、熱穩定性和熱分解機理；探討它們在溫度和壓力耦合（即同時考慮溫度和壓力）下的結構和性質，尤其是相結構和熱分解機理；比較不同外界條件對它們相結構和熱分解機理的不同影響。通過上述系統研究，一方面深刻揭示高溫高壓下HMX晶體的相變和熱分解規律性，同時還可用於指導其他品優高能炸藥的分子和晶體設計、合成製備以及安全使用。
結題摘要
HMX是當今軍事上正在使用的綜合性能最好的炸藥。為了有效地利用HMX爆炸所釋放出的能量，以及防止在使用過程中偶然事故的發生、增強安全性，人們迫切需要詳細了解其高溫高壓下的結構-性能關係，以及熱穩定性和分解機理，揭示其高溫高壓下的物理、化學和爆炸行為。本項目以HMX三種晶型（alpha、beta和delta）為研究對象，通過量子分子動力學（MD）方法（從頭算MD和半經驗量子MD）模擬計算，研究它們在不同溫度、壓力下的結構、分子振動光譜、晶體相變規律、熱穩定性和熱分解機理；探討它們在溫度和壓力耦合（即同時考慮溫度和壓力）下的結構和性質，尤其是相結構和熱分解機理；比較不同外界條件對它們相結構和熱分解機理的不同影響。隨著壓力增加，不同晶型HMX的晶體常數逐漸減小，在7 GPa處delta-HMX發生結構轉變。外界壓力增大了HMX的撞擊感度。在整個壓力範圍內，外加壓力對環變形和伸縮振動頻率的影響最顯著。隨著壓力增加，不同振動模式間的耦合增加。隨著溫度增加，不同晶型HMX的晶體結構變化甚微，但硝基扭轉角會發生一定的變化。隨著溫度增加，NO2和CH2的剪式和搖擺振動頻率增加，且它們間耦合增強。483 K下beta-HMX晶體通過硝基的翻轉向delta-HMX發生相變。兩個扭轉角較大的N-NO2是否在同一側是判斷HMX船-椅式構象變化的重要結構特徵，所以準船式構象之間的轉化應該是beta-HMX發生相變的關鍵步驟。高溫下不同HMX晶型初始分解步驟主要是C-H鍵、N-NO2鍵和C-N鍵斷鍵。當壓力耦合溫度時，其初始反應步驟是C-H 和N-NO2鍵斷鍵。其主要的分解產物是CO2、N2和H2O，且其數量取決於溫度和壓力協同作用。該研究結果有助於從分子和電子微觀層次上理解極端條件下HMX晶體結構、相變和分解機理，可用於指導品優高能物質的分子和晶體設計、合成製備以及安全使用。
