高溫高壓下流體苯物性的第一性原理研究_4992.pdf

1、碳?xì)浠衔镌跇O端條件下的金屬化相變研究是近年來(lái)的一個(gè)熱點(diǎn)。苯是芳香族最簡(jiǎn)單的化合物，探索高溫高壓下液態(tài)苯的物理性質(zhì)，對(duì)于研究芳香族化合物在極端條件下的研究有重要的科學(xué)意義。本文基于密度泛函理論的分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算并分析了溫度和壓強(qiáng)對(duì)流體苯的熱力學(xué)性質(zhì)的影響，得到了流體苯的物態(tài)方程，分析了在不同溫度、密度下體系的化學(xué)組分變化，較詳細(xì)的分析了苯在高溫高壓下的導(dǎo)電性，證實(shí)了液態(tài)金屬苯的存在。本文研究結(jié)果主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：
　　1.

2、通過(guò)基于密度泛函理論分子動(dòng)力學(xué)方法，模擬研究了液態(tài)苯在沖擊壓縮下的物態(tài)方程，計(jì)算的密度范圍是1.6 g/cm3-2.4 g/cm3、溫度范圍為1500 K-5000 K，對(duì)應(yīng)壓強(qiáng)范圍是11 GPa-75 GPa。通過(guò)等容圖發(fā)現(xiàn)在除1.6 g/cm3外的各個(gè)密度下都有發(fā)生壓強(qiáng)滯漲或降低的區(qū)域。隨著密度的增加，出現(xiàn)該區(qū)域的溫度降低，隨著壓強(qiáng)增大，且溫度區(qū)間較窄。
　　2.分析了1.6 g/cm3的苯環(huán)的結(jié)構(gòu)變化，看出苯環(huán)分解的壓強(qiáng)與前

3、人計(jì)算的結(jié)果比較符合，出現(xiàn)在11 GPa附近。通過(guò)構(gòu)型圖觀察了在(ap/aT)V≤0區(qū)域前后的原子分布變化，對(duì)于2.4 g/cm3和1.8 g/cm3，計(jì)算了它們各結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)溫度下的徑向分布函數(shù)(PCF)，通過(guò)徑向分布函數(shù)更加直觀的反映了(ap/aT)V≤0前后的苯化學(xué)分解過(guò)程。
　　3．經(jīng)過(guò)對(duì)構(gòu)型和徑向分布函數(shù)的分析，可以得到：在壓強(qiáng)較小時(shí)，特別是苯環(huán)剛開(kāi)始分解時(shí)，體系內(nèi)存在少量多環(huán)芳香烴和較小的碳?xì)浠衔锓肿樱S著壓強(qiáng)增加體系內(nèi)

4、主要由 C-C鍵和 C-H鍵斷裂形成含有較多個(gè)碳原子形成的碳鏈和少量氫氣，在更高壓強(qiáng)下 C-C鍵和 C-H鍵繼續(xù)斷裂，主要是幾十個(gè)碳原子鏈斷裂為多條及個(gè)碳原子形成的鏈甚至碳原子，同時(shí)氫氣也會(huì)部分離解成氫原子。
　　4.流體的大量構(gòu)型進(jìn)行抽樣，并計(jì)算其動(dòng)態(tài)能帶結(jié)構(gòu)，最后得到固定溫度和密度條件下流體的平均能帶寬度。通過(guò)溫度-帶隙圖可以得到：液態(tài)苯的金屬化相變對(duì)應(yīng)在等容線上的壓強(qiáng)突然變低的最低點(diǎn)附近。同時(shí)計(jì)算了2.4 g/cm3的三個(gè)結(jié)