《高能晶體分解起爆機理的從頭算分子動力學模擬》是依託南京理工大學，由朱衛華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高能晶體分解起爆機理的從頭算分子動力學模擬
- 項目類別：面上項目
- 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
高能晶體是一類本身具有較高能量並較易釋放出大量能量的特殊物質,在國防和國民經濟許多領域均有廣泛套用。為了有效地利用高能晶體爆炸所提供的能量，以及防止高能晶體在合成、生產、加工、運輸和儲存等環節上的偶然事故，必須深刻認識高能晶體的分解起爆機理以及在不同條件下的結構-性能關係。本項目選擇硝基類、疊氮類、唑類和籠形類典型高能晶體為研究對象，通過從頭算分子動力學模擬，研究它們在不同溫度下的結構-性能關係及其處在分解溫度下的分解起爆過程；探討它們在不同壓力下結構和性能的變化及其處在分解壓力下的分解起爆機理；揭示它們在高溫高壓耦合（即同時考慮溫度和壓力）下的分解起爆機理以及爆炸的本質；對它們進行不同強度衝擊波載入下的計算模擬，揭示結構變化和分解起爆的機理；比較不同外界條件對它們分解起爆機理的影響並關聯感度特性。通過上述系統研究，藉以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。
結題摘要
為了有效地利用高能晶體爆炸所提供的能量，以及防止高能晶體在合成、生產、加工、運輸和儲存等環節上的偶然事故，必須深刻認識高能晶體的分解起爆機理以及在不同條件下的結構-性能關係。本項目採用密度泛函理論和從頭算分子動力學方法，模擬了高溫下2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮雜異伍茲烷（CL-20）、3,6-二疊氮基-1,2,4,5-四嗪、氧化呋咱、4,10-二硝基-2,6,8,12-四氧雜-4,10-二氮雜異伍茲烷（TEX）和八硝基立方烷晶體的分解過程。CL-20和TEX的起始分解反應為氫轉移，3,6-二疊氮基-1,2,4,5-四嗪的為N-N2鍵斷裂，氧化呋咱的為環N-O斷裂，而八硝基立方烷的則為C-NO2鍵斷裂；總結了後續分解的途徑和主要產物的形成機理。研究了在不同壓力下7-氨基-6-硝基苯並二氧化呋咱、1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯（TATB）、CL-20、5-硝基-2,4-二氫-1,2,4-三唑-3-酮（NTO）、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯、環三亞甲基三硝胺（RDX）、氧化呋咱、TEX、2,6-二硝基-3,5-二氨基吡嗪-1-氧、2,4,6-三氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧、1,7-二氨基-1,7-二硝亞胺基-2,4,6-三硝基-2,4,6-三氮雜庚烷、7-氨基-6-硝基苯並二氧化呋咱和3,3´-二硝氨基-4,4´-氧化偶氮呋咱（DNAAF）晶體的結構和性質。施加外界壓力會降低他們的晶格常數、分子結構參數和帶隙，但增加光吸收活性和力學穩定性；探討了它們可能的初始分解機理。模擬了高溫高壓耦合下TATB、環四亞甲基四硝胺（HMX）、CL-20、RDX、NTO、DNAAF和季戊四醇四硝酸酯（PETN）高能晶體的分解過程，揭示了其分解起爆機理。在不同溫度下，壓力對他們分解起促進或抑制作用，但取決於壓力和溫度協同影響。對衝擊波載入下HMX、TATB、PETN以及二甲基亞碸摻雜HMX晶體進行了模擬研究，考察了其晶體、分子和電子結構的變化，揭示了分解起爆機理。衝擊載入下TATB、HMX和PETN晶體的感度依次增大，即其穩定性逐漸降低；二甲基亞碸摻雜HMX晶體比其完美晶體更容易分解。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高能晶體結構和起始分解機理，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。
