CL-20晶習(xí)研究及CL-20-TATB共晶的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、六硝基六氮雜異伍茲烷(CL-20)是近年內(nèi)出現(xiàn)的一種最高能量水平的籠型多硝胺化合物,具有很廣闊的應(yīng)用前景。本文根據(jù)晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)利用分子動力學(xué)模擬了溶劑乙醇、乙酸乙酯對 CL-20晶體形貌的影響。計算其附著能并進行修正,溶劑揮發(fā)結(jié)晶得到的CL-20晶體形貌再與動力學(xué)模擬預(yù)測修正后的結(jié)果進行比較,通過理論數(shù)據(jù)揭示CL-20在溶劑中的結(jié)晶過程,對日后控制炸藥結(jié)晶過程、炸藥研發(fā)過程中選擇合適的溶劑都有非常重要的意義。同時,基于共晶的設(shè)計原理和分

2、子模擬技術(shù),將CL-20和公認的頓感炸藥三氨基三硝基苯(TATB)這兩者在分子水平上實現(xiàn)結(jié)合,從而改變炸藥的內(nèi)部構(gòu)成,形成一種具有特定結(jié)構(gòu)和性能的多組分分子晶體結(jié)構(gòu)(共晶),有望形成一種高能低感的共晶炸藥,這將為含能材料的高能量和安全性提供一條嶄新的途徑。同時也會對實驗室中共晶的研究提供理論支持。研究的主要內(nèi)容為:
　　(1)通過分子模擬的方法從CL-20晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā),分別采用Materials studio中 BFDH、A

3、E和Equilibrium Morphology三種模型對 CL-20的真空下可能的理論晶體形貌進行了模擬。將所得到的晶體形態(tài)理論模擬結(jié)果與已知的實際結(jié)晶習(xí)相比較,可以看出,BFDH和Equilibrium Morphology模型預(yù)測的結(jié)果與實際晶習(xí)略有差異,而 AE模型由于考慮了晶體內(nèi)部附著能的關(guān)系,因此,所得到的理論晶習(xí)更接近實際。另外,為研究CL-20在真空和溶劑中的晶體形貌和生成機理,基于CL-20的晶胞參數(shù)和主要生長面,分別

4、構(gòu)建了CL-20各晶面和乙醇、乙酸乙酯分子吸附的六種模型,用分子動力學(xué)模擬計算出溶劑分子與各晶面的吸附能,并據(jù)此修正各晶面的附著能,用附著能法對CL-20在乙醇和乙酸乙酯中的結(jié)晶形貌進行了預(yù)測,并與他人的實驗結(jié)果進行了對比。結(jié)果表明,乙醇對CL-20生長速率并未產(chǎn)生影響,所以在乙醇中晶體外觀并未改變。受乙酸乙酯抑制作用的影響,在乙酸乙酯中晶面生長速率依次為(002)>(10-1)>(101),晶體外觀為長柱形,說明晶型結(jié)構(gòu)發(fā)生了轉(zhuǎn)變。<

5、br>　　(2)基于 CL-20的晶胞參數(shù)和主要生長面及共晶的形成原理,構(gòu)建了六種CL-20/TATB共晶結(jié)構(gòu)模型。運用Forcite及在MD下達到平衡后,基于平衡結(jié)構(gòu)進行徑向分布函數(shù)考察、X射線粉末衍射圖譜計算及模型能量計算。結(jié)果表明:六種共晶模型分子間均存在較強的氫鍵作用力;隨機取代模型的XRD衍射峰與純組分CL-20的相近,主要生長面模型的XRD衍射峰較純組分CL-20和TATB有很大不同,且均有新峰出現(xiàn);生長速率最慢的(10-1