搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

高压下NH4ClO4结构、电子及弹性性质的第一性原理研究

刘博 王煊军 卜晓宇

高压下NH4ClO4结构、电子及弹性性质的第一性原理研究

刘博, 王煊军, 卜晓宇
PDF
导出引用
导出核心图
  • 研究高压下NH4ClO4的结构和性质对于NH4ClO4在固体推进剂和炸药的安全应用具有重要意义. 采用基于色散校正密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了0-15 GPa静水压力下NH4ClO4的晶体结构、分子结构、电子性质和弹性性质, 计算结果与实验值具有较好的一致性. 在压强为1, 4和9 GPa时, NH4ClO4的晶体参数、键长和分子构型等均出现不连续变化, 说明了在压强作用下结构发生变化. 随着压强增加, 氢键增多且作用增强, 由分子内氢键向分子内和分子间的氢键转变; 导带态密度峰值增加, 电子局域性增强, 晶体内N-H和Cl-O共价键作用增强, 带隙增大, 不同相变区域内带隙呈线性关系. 0-15 GPa条件下NH4ClO4的弹性常数满足力学稳定性标准, 采用Voigt-Reuss-Hill方法计算了体积模量B, 剪切模量G和杨氏模量E, 根据Cauchy压力和B/G值, 说明NH4ClO4属于韧性材料, 随着压强增加韧性增强.
      通信作者: 刘博, liubo603@163.com
    [1]

    Vyazovkin S, Wight C A 1999 Chem. Mater. 11 3386

    [2]

    Brill T B, Budenz B T 2000 Solid Propellant Chemistry, Combustion, and Motor Interior Ballistics. 185 3

    [3]

    Stammler M, Bruenner R, Schmidt W, Orcutt D 1966 Advances in X-Ray Analysis (New York: Springer) pp170-189

    [4]

    Boldyrev V V 2006 Thermochim. Acta 443 1

    [5]

    Chaturvedi S, Dave P N 2013 J. Saudi Chem. Soc. 17 135

    [6]

    Bridgman P W 1937 Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences 71 387

    [7]

    Sandstrom F W, Persson P A, Olinger B 1994 High-Pressure Science and Technology-1993 Colorado Springs, USA, June 28-July 2, 1993 p1409

    [8]

    Peiris S M, Pangilinan G I, Russell T P 2000 J. Phys. Chem. A 104 11188

    [9]

    Hunter S, Davidson A J, Morrison C A, Pulham C R, Richardson P, Farrow M J, Marshall W G, Lennie A R, Gould P J 2011 J. Phys. Chem. C 115 18782

    [10]

    Foltz M F, Maienschein J L 1995 Mater. Lett. 24 407

    [11]

    Yuan G, Feng R, Gupta Y M, Zimmerman K 2000 J. Appl. Phys. 88 2371

    [12]

    Peng Q, Rahul, Wang G, Liu G R, Suvranu D 2014 Phys. Chem. Chem. Phys. 16 19972

    [13]

    Wu C G, Wu W Y, Gong Y C, Dai B F, He S H, Huang Y H 2015 Acta Phys. Sin. 64 114213 (in Chinese) [吴成国, 武文远, 龚艳春, 戴斌飞, 何苏红, 黄雁华 2015 物理学报 64 114213]

    [14]

    Zhu W, Wei T, Zhu W, Xiao H 2008 J. Phys. Chem. A 112 4688

    [15]

    Zhu W, Zhang X, Zhu W, Xiao H 2008 Phys. Chem. Chem. Phys. 10 7318

    [16]

    Zhang J G, Zhang T L, Yang L, Yu K B 2002 Chin. J. Explosives Propellants 33 33 (in Chinese) [张建国, 张同来, 杨利, 郁开北 2002 火炸药学报 33 33]

    [17]

    Segall M D, Lindan P J, Probert M A, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys. Conden. Matter 14 2717

    [18]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [19]

    Kresse G, Furthmller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [20]

    Pfrommer B G, Ct M, Louie S G, Cohen M L 1997 J. Comput. Phys. 131 233

    [21]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

    [22]

    Birch F 1947 Phys. Rev. 71 809

    [23]

    Nyln J, Garcia F G, Mosel B D, Pttgen R, Hussermann U 2004 Solid State Sci. 6 147

    [24]

    Zhou P, Wang X Q, Zhou M, Xia C H, Shi L N, Hu C H 2013 Acta Phys. Sin. 62 087104 (in Chinese) [周平, 王新强, 周木, 夏川茴, 史玲娜, 胡成华 2013 物理学报 62 087104]

    [25]

    Zhang X D, Jiang W 2016 Chin. Phys. B 25 026301

    [26]

    Vazquez F, Singh R S, Gonzalo J A 1976 J. Phys. Chem. Solids 37 451

    [27]

    Hausshl S 1990 Zeitschrift fr Kristallographie-Crystalline Materials 192 137

    [28]

    Yu R, Chong X, Jiang Y, Zhou R, Yuan W, Feng J 2015 RSC Adv. 5 1620

    [29]

    Pettifor D G 1992 Mater. Sci. Technol. 8 345

    [30]

    Jund P, Viennois R, Tao X, Niedziolka K, Tdenac J 2012 Phys. Rev. B 86 19901

    [31]

    Chen W, Yu C, Chiang K, Cheng H 2015 Intermetallics 62 60

    [32]

    Armstrong R W, Elban W L, Walley S 2013 Int. J. Mod. Phys. B 27 269

    [33]

    Sandusky H W, Beard B C, Glancy B C, Elban W L, Armstrong R W 1992 MRS Proceedings 296 93

    [34]

    Hill R 1952 Proc. Phys. Soc. Sect. A 65 349

    [35]

    Pugh S F 1954 The London, Edinburgh, and Dublin Philos. Mag. J. Sci. 45 823

    [36]

    Qi L, Jin Y, Zhao Y, Yang X, Zhao H, Han P 2015 J. Alloys Comp. 621 383

  • [1]

    Vyazovkin S, Wight C A 1999 Chem. Mater. 11 3386

    [2]

    Brill T B, Budenz B T 2000 Solid Propellant Chemistry, Combustion, and Motor Interior Ballistics. 185 3

    [3]

    Stammler M, Bruenner R, Schmidt W, Orcutt D 1966 Advances in X-Ray Analysis (New York: Springer) pp170-189

    [4]

    Boldyrev V V 2006 Thermochim. Acta 443 1

    [5]

    Chaturvedi S, Dave P N 2013 J. Saudi Chem. Soc. 17 135

    [6]

    Bridgman P W 1937 Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences 71 387

    [7]

    Sandstrom F W, Persson P A, Olinger B 1994 High-Pressure Science and Technology-1993 Colorado Springs, USA, June 28-July 2, 1993 p1409

    [8]

    Peiris S M, Pangilinan G I, Russell T P 2000 J. Phys. Chem. A 104 11188

    [9]

    Hunter S, Davidson A J, Morrison C A, Pulham C R, Richardson P, Farrow M J, Marshall W G, Lennie A R, Gould P J 2011 J. Phys. Chem. C 115 18782

    [10]

    Foltz M F, Maienschein J L 1995 Mater. Lett. 24 407

    [11]

    Yuan G, Feng R, Gupta Y M, Zimmerman K 2000 J. Appl. Phys. 88 2371

    [12]

    Peng Q, Rahul, Wang G, Liu G R, Suvranu D 2014 Phys. Chem. Chem. Phys. 16 19972

    [13]

    Wu C G, Wu W Y, Gong Y C, Dai B F, He S H, Huang Y H 2015 Acta Phys. Sin. 64 114213 (in Chinese) [吴成国, 武文远, 龚艳春, 戴斌飞, 何苏红, 黄雁华 2015 物理学报 64 114213]

    [14]

    Zhu W, Wei T, Zhu W, Xiao H 2008 J. Phys. Chem. A 112 4688

    [15]

    Zhu W, Zhang X, Zhu W, Xiao H 2008 Phys. Chem. Chem. Phys. 10 7318

    [16]

    Zhang J G, Zhang T L, Yang L, Yu K B 2002 Chin. J. Explosives Propellants 33 33 (in Chinese) [张建国, 张同来, 杨利, 郁开北 2002 火炸药学报 33 33]

    [17]

    Segall M D, Lindan P J, Probert M A, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys. Conden. Matter 14 2717

    [18]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [19]

    Kresse G, Furthmller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [20]

    Pfrommer B G, Ct M, Louie S G, Cohen M L 1997 J. Comput. Phys. 131 233

    [21]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

    [22]

    Birch F 1947 Phys. Rev. 71 809

    [23]

    Nyln J, Garcia F G, Mosel B D, Pttgen R, Hussermann U 2004 Solid State Sci. 6 147

    [24]

    Zhou P, Wang X Q, Zhou M, Xia C H, Shi L N, Hu C H 2013 Acta Phys. Sin. 62 087104 (in Chinese) [周平, 王新强, 周木, 夏川茴, 史玲娜, 胡成华 2013 物理学报 62 087104]

    [25]

    Zhang X D, Jiang W 2016 Chin. Phys. B 25 026301

    [26]

    Vazquez F, Singh R S, Gonzalo J A 1976 J. Phys. Chem. Solids 37 451

    [27]

    Hausshl S 1990 Zeitschrift fr Kristallographie-Crystalline Materials 192 137

    [28]

    Yu R, Chong X, Jiang Y, Zhou R, Yuan W, Feng J 2015 RSC Adv. 5 1620

    [29]

    Pettifor D G 1992 Mater. Sci. Technol. 8 345

    [30]

    Jund P, Viennois R, Tao X, Niedziolka K, Tdenac J 2012 Phys. Rev. B 86 19901

    [31]

    Chen W, Yu C, Chiang K, Cheng H 2015 Intermetallics 62 60

    [32]

    Armstrong R W, Elban W L, Walley S 2013 Int. J. Mod. Phys. B 27 269

    [33]

    Sandusky H W, Beard B C, Glancy B C, Elban W L, Armstrong R W 1992 MRS Proceedings 296 93

    [34]

    Hill R 1952 Proc. Phys. Soc. Sect. A 65 349

    [35]

    Pugh S F 1954 The London, Edinburgh, and Dublin Philos. Mag. J. Sci. 45 823

    [36]

    Qi L, Jin Y, Zhao Y, Yang X, Zhao H, Han P 2015 J. Alloys Comp. 621 383

  • [1] 王金荣, 朱俊, 郝彦军, 姬广富, 向钢, 邹洋春. 高压下RhB的相变、弹性性质、电子结构及硬度的第一性原理计算. 物理学报, 2014, 63(18): 186401. doi: 10.7498/aps.63.186401
    [2] 颜小珍, 邝小渝, 毛爱杰, 匡芳光, 王振华, 盛晓伟. 高压下ErNi2B2C弹性性质、电子结构和热力学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(10): 107402. doi: 10.7498/aps.62.107402
    [3] 周平, 王新强, 周木, 夏川茴, 史玲娜, 胡成华. 第一性原理研究硫化镉高压相变及其电子结构与弹性性质. 物理学报, 2013, 62(8): 087104. doi: 10.7498/aps.62.087104
    [4] 王海燕, 历长云, 高洁, 胡前库, 米国发. 高压下TiAl3结构及热动力学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(6): 068105. doi: 10.7498/aps.62.068105
    [5] 付现凯, 陈万骐, 姜钟生, 杨波, 赵骧, 左良. Ti3O5弹性、电子和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(20): 207301. doi: 10.7498/aps.68.20190664
    [6] 范开敏, 杨莉, 孙庆强, 代云雅, 彭述明, 龙兴贵, 周晓松, 祖小涛. 六角相ErAx (A=H, He)体系弹性性质的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(11): 116201. doi: 10.7498/aps.62.116201
    [7] 胡洁琼, 谢明, 陈家林, 刘满门, 陈永泰, 王松, 王塞北, 李爱坤. Ti3AC2相(A = Si,Sn,Al,Ge)电子结构、弹性性质的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(5): 057102. doi: 10.7498/aps.66.057102
    [8] 李晓凤, 刘中利, 彭卫民, 赵阿可. 高压下CaPo弹性性质和热力学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(7): 076501. doi: 10.7498/aps.60.076501
    [9] 赵立凯, 赵二俊, 武志坚. 5d过渡金属二硼化物的结构和热、力学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2013, 62(4): 046201. doi: 10.7498/aps.62.046201
    [10] 王斌, 刘颖, 叶金文. 高压下TiC的弹性、电子结构及热力学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2012, 61(18): 186501. doi: 10.7498/aps.61.186501
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  506
  • PDF下载量:  222
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-20
  • 修回日期:  2016-04-05
  • 刊出日期:  2016-06-20

高压下NH4ClO4结构、电子及弹性性质的第一性原理研究

  • 1. 西安高技术研究所, 西安 710025
  • 通信作者: 刘博, liubo603@163.com

摘要: 研究高压下NH4ClO4的结构和性质对于NH4ClO4在固体推进剂和炸药的安全应用具有重要意义. 采用基于色散校正密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了0-15 GPa静水压力下NH4ClO4的晶体结构、分子结构、电子性质和弹性性质, 计算结果与实验值具有较好的一致性. 在压强为1, 4和9 GPa时, NH4ClO4的晶体参数、键长和分子构型等均出现不连续变化, 说明了在压强作用下结构发生变化. 随着压强增加, 氢键增多且作用增强, 由分子内氢键向分子内和分子间的氢键转变; 导带态密度峰值增加, 电子局域性增强, 晶体内N-H和Cl-O共价键作用增强, 带隙增大, 不同相变区域内带隙呈线性关系. 0-15 GPa条件下NH4ClO4的弹性常数满足力学稳定性标准, 采用Voigt-Reuss-Hill方法计算了体积模量B, 剪切模量G和杨氏模量E, 根据Cauchy压力和B/G值, 说明NH4ClO4属于韧性材料, 随着压强增加韧性增强.

English Abstract

参考文献 (36)

目录

    /

    返回文章
    返回