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α-CL-20 和CL-20/H2O2中溶剂分子的扩散特性及其对共晶分解影响的分子动力学模拟

2022-01-21王凡凡李如江张朝阳

含能材料 2022年1期

王凡凡,李如江,张朝阳

(1. 中国工程物理研究院化工材料研究所,四川 绵阳 621999;2. 中北大学环境与安全工程学院,山西 太原 030051)

1 引言

含能材料在国防军事与民用领域有着极其广泛而重要的应用[1-2]。但是,含能材料存在能量-安全间的矛盾,即能量高,感度则高[3]。而含能共晶为缓解这一矛盾或有效地平衡能量与安全性提供了可能,它是改善单质炸药性能的一种新思路,通过调节共晶前驱体的成份、氧平衡以及晶体堆积模式等实现综合性能的提升[4-5]。含能溶剂化物本质上也是含能共晶,经常出现在结晶过程中,大多数情况下的含能溶剂化物存在危害,如导致能量下降等。但是,有些溶剂化物,如Matzger[6]课题组在2016 年合成的CL-20/H2O2,可提高能量密度。随着溶剂的引入,相对于原有的含能化合物,溶剂化物的热响应机制将发生变化。前期,人们已开展了含能溶剂化物CL-20/H2O2和α-CL-20 热解机制的分子动力学(MD)研究[7-8],但并未突出溶剂分子对热解的具体影响。

MD 模拟已成功应用在含能材料领域,尤其是近年来随着反应性力场的开发成功[9],含能材料的热力响应机制在分子水平得到了充分的探索[10-11]。因此,本工作采用ReaxFF-lg 反应力场研究了CL-20/H2O2和α-CL-20 的热解机制,以此获得溶剂分子对含能化合物热解的影响规律;同时,采用经典力场COMPASS 开展热作用下溶剂分子在固体中的扩散行为研究。本研究结果将丰富含能共晶热解机制的认知并对含能共晶配体的选择具有参考作用。

2 研究方法

首先利用COMPASS 力场[12-13],采用NVT 系综分别在300,450,480,500,520 K 和550 K 6 种温度下进行1000 ps 的MD,以此来模拟溶剂在晶胞中的扩散特性。……

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