HMX-TATB共晶機理及TATB晶習(xí)的理論研究.pdf

1、HMX(環(huán)四甲撐四硝胺，俗稱奧克托今)是當(dāng)前綜合性能最好的高能炸藥，TATB(1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯)是國內(nèi)外公認(rèn)的鈍感炸藥，在分子水平上實現(xiàn)兩種單體炸藥的結(jié)合，改變晶體的內(nèi)部組成，形成具有獨特結(jié)構(gòu)和性能的共晶炸藥，則有望為炸藥的改性提供一條新途徑。本論文運用當(dāng)代量子化學(xué)、分子力學(xué)和分子動力學(xué)等理論方法，基于超分子化學(xué)和共晶設(shè)計原理，采用兩種方案設(shè)計HMX/TATB的共晶結(jié)構(gòu)，對所設(shè)計的共晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較系統(tǒng)的計算和模擬

2、研究。此外，運用修正的疊合能計算方法，采用“雙層結(jié)構(gòu)”模型模擬了溶劑對TATB晶體形貌的影響，并與實驗中TATB從溶劑中重結(jié)晶得到的形貌進(jìn)行比較。主要內(nèi)容包括：
　　 1.按TATB在HMX五個主要生長晶面上的取代以及隨機取代構(gòu)建了HMX/TATB的六種共晶模型。用分子動力學(xué)(MD)模擬得到其平衡結(jié)構(gòu)?；谄胶饨Y(jié)構(gòu)進(jìn)行X射線粉末衍射(XRD)圖譜模擬和能量計算。結(jié)果表明，與純組分相比，HMX/TATB共晶結(jié)構(gòu)的X射線粉末衍射圖與

3、主成分HMX相似，并均有新峰出現(xiàn)；TATB在HMX表面自由能最低、生長速率最慢的(011)晶面上發(fā)生取代后的能量最低，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。據(jù)此推測在制備HMX/TATB共晶炸藥過程中，TATB分子更容易進(jìn)入HMX自由能低的晶面，得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的共晶而使HMX變得更為鈍感。
　　 2.設(shè)計摩爾比為1∶1的HMX/TATB超分子，運用Polymorph Predictor方法從超分子結(jié)構(gòu)出發(fā)預(yù)測可能形成的共晶結(jié)構(gòu)，計算了HMX二聚體，TATB

4、二聚體，以及HMX/TATB的分子間相互作用能，運用MD方法考察了共晶結(jié)構(gòu)的彈性性能，進(jìn)行了徑向分布函數(shù)分析。計算結(jié)果表明，p1，P212121，P21/c是HMX/TATB共晶最有可能的三種晶體結(jié)構(gòu)；HMX與TATB分子間的結(jié)合能大于HMX或TATB自身的結(jié)合能，說明在共晶形成的過程中，HMX與TATB間形成超分子的趨勢大于其單體之間的聚合；在共晶結(jié)構(gòu)中HMX與TATB的作用力主要是氫鍵和范德華作用力；相對于共晶組分HMX和TATB，

5、HMX/TATB共晶的模量減小，表明形成共晶后材料的剛性減弱，同時彈塑性增強，脆性降低，延展性有所改善。
　　 3.從實驗和理論上分別討論了TATB在DMF溶劑中的晶習(xí)。實驗采用溶液重結(jié)晶法，理論模擬采用附著能(AE)模型，運用“雙層結(jié)構(gòu)”模型考察溶劑對晶體形貌的影響。通過計算每個顯露晶面與溶劑層的相互作用能，對真空中的附著能進(jìn)行校正，并對溶液中的晶習(xí)進(jìn)行預(yù)測。計算結(jié)果表明，相對真空而言，(01-1)面的相對生長速率變化最大，在