發(fā)布時(shí)間：2020-11-20 15:44

　　 當(dāng)前各國(guó)國(guó)防和軍事事業(yè)的迅速發(fā)展向高能材料的研究提出了更高的要求。尋求爆炸性能和穩(wěn)定性之間俱佳的高能材料成為這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。由于棱柱烷和芳香環(huán)類(lèi)化合物具有張力大、密度大等高能材料的潛質(zhì),因此受到廣泛的關(guān)注。在本工作中,我們?cè)O(shè)計(jì)了一系列棱柱烷和芳香環(huán)的衍生物,采用DFT-B3LYP/6-31G(d,p)方法對(duì)其爆炸性能和穩(wěn)定性進(jìn)行了預(yù)測(cè),從中篩選出最具潛力的高能化合物。本文主要內(nèi)容如下:1、多硝基八棱柱衍生物以八棱柱為母體,硝基為取代基,設(shè)計(jì)了四種八棱柱衍生物---八硝基八棱柱(ONOP),八硝基八氮雜八棱柱(ONOAP),四硝基八棱柱(TNOP)和四硝基八氮雜八棱柱(TNOAP)。優(yōu)化了幾何結(jié)構(gòu),并預(yù)測(cè)了目標(biāo)分子的晶體結(jié)構(gòu)、爆速、爆壓及穩(wěn)定性等。計(jì)算結(jié)果表明,ONOP、ONOAP和TNOAP具有極好的爆炸性能,均超過(guò)了常用的高能化合物HMX。對(duì)分子解離能的計(jì)算結(jié)果表明,除ONOP分子外,其他三個(gè)分子均表現(xiàn)出良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性,而ONOP分子也達(dá)到了高能密度材料對(duì)穩(wěn)定性的要求。綜合考慮分子的爆炸性能和穩(wěn)定性,TNOAP分子為最具潛力的高能密度化合物。2、二苦味酸胺衍生物我們以二苦味酸胺(DPA)分子為母體,分別以硝基、氨基、硝銨基、氧酯基、氰基和疊氮基為取代基,設(shè)計(jì)了30個(gè)DPA衍生物(X1-X5,X=A,B,C,D,E,F)。計(jì)算結(jié)果顯示,所有分子的爆炸能力均強(qiáng)于烈性炸藥TNT,并且有10分子的爆炸能力超過(guò)了軍用高能炸藥RDX。所有分子的解離能都超過(guò)170 kJ/mol,有較好的熱力學(xué)穩(wěn)定性。多數(shù)分子的感度要低于常用高爆軍用猛炸藥CL-20。綜合考慮分子的爆炸性能和穩(wěn)定性,我們推薦D4,D5和E5分子作為最具潛力的高能密度化合物。3、多硝基尿酸衍生物通過(guò)硝基取代尿酸分子中的氫,我們?cè)O(shè)計(jì)了十五種多硝基尿酸衍生物。采用K–J方程對(duì)爆炸性能進(jìn)行了預(yù)測(cè)。計(jì)算結(jié)果顯示,硝基數(shù)目與分子的爆熱、密度、爆速和爆壓之間存在較好的線(xiàn)性關(guān)系。三硝基尿酸和四硝基尿酸的爆速可達(dá)8km/s,爆壓達(dá)30 GPa,且多數(shù)目標(biāo)化合物的比沖量超過(guò)了RDX。通過(guò)分析鍵解離能、計(jì)算特征高度和自由空間發(fā)現(xiàn),多數(shù)分子具有較好的熱力學(xué)穩(wěn)定性和可接受的感度。綜合考慮爆轟性能和穩(wěn)定性,我們推薦U123,U124,U234和U1234分子為潛在的高能密度化合物。
【學(xué)位單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類(lèi)】：TQ560.1
【部分圖文】：

圖 1.1 PA、TNT、RDX 和 HMX 的分子結(jié)構(gòu)到了1987年，美國(guó)海軍空戰(zhàn)中心的Nielsen首次合成了六硝基六氮雜異伍茲烷（CL-20，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.2），使得這一領(lǐng)域的發(fā)展取得了突破性的進(jìn)展。CL-20的特點(diǎn)是籠狀結(jié)構(gòu)十分緊湊，且對(duì)稱(chēng)性高，這使得它表現(xiàn)出比HMX和RDX還要強(qiáng)的爆炸性

圖 1.2 CL-20 和 ONC 的分子結(jié)構(gòu)70年代是我國(guó)在高能材料領(lǐng)域發(fā)展的鼎盛時(shí)期，不僅成功合成實(shí)現(xiàn)了HMX的規(guī)�；�生產(chǎn)，也在理論發(fā)展方面建立了多種性質(zhì)的近代化學(xué)研究所從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，就對(duì)FOX-7、TNAZ、D

圖 1.3 TNTAC 和 DNH 的分子結(jié)構(gòu)鳴等人以六棱柱為母體，通過(guò)向體系內(nèi)引入硝基，設(shè)六硝基六氮雜六棱柱（HNHAH）兩個(gè)分子。分析結(jié)性質(zhì)均優(yōu)于 HMX 和 RDX（DNH1：9.95 km/s， 47.6
【參考文獻(xiàn)】

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1 黃輝;王澤山;黃亨建;李金山;;新型含能材料的研究進(jìn)展[J];火炸藥學(xué)報(bào);2005年04期

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1 閆挺;嘌呤分子作為含能材料的密度泛函理論研究[D];山西師范大學(xué);2014年

2 遲偉杰;籠狀化合物與三元小環(huán)分子作為含能材料的理論研究[D];山西師范大學(xué);2013年

3 張寶榮;含氮雜環(huán)系列含能材料的結(jié)構(gòu)與性能研究[D];武漢理工大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2891637