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HMX不同晶型热膨胀特性及相变的ReaxFF分子动力学模拟

周婷婷 黄风雷

HMX不同晶型热膨胀特性及相变的ReaxFF分子动力学模拟

周婷婷, 黄风雷
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  • HMX (octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine) 晶体不同晶型对温度的响应对于深入认识含能材料在外加载荷下的感度、稳定性、 相变等具有重要意义. 采用ReaxFF-lg势函数和等温等压分子动力学 (NPT-MD) 方法, 研究了-, -和-HMX三种固态晶型在T=303503 K内的晶体结构和分子结构. 结果表明, ReaxFF-lg势函数能够合理地描述HMX晶体的热膨胀行为, 计算得到的晶体结构和热膨胀系数与实验数据比较符合. 三种晶型的线膨胀系数表明, -HMX晶体具有明显的热膨胀各向异性; -HMX晶体c轴的热膨胀特性与a, b轴略有不同; -HMX晶体三个方向的热膨胀特性基本相同. 三种晶型的体膨胀系数为-HMX -HMX HMX, 表明-HMX晶体对温度最敏感, 这可能是-HMX晶体具有更高感度的原因. 在T=443 K时, HMX晶体的晶胞参数突变, 且部分分子构型由椅式转变为船式-椅式. 采用两相热力学模型 (2PT) 得到的亥姆赫兹自由能表明, HMX晶体在 T=423443 K时发生相变. , -和-HMX晶体分别在T=303423 K, T=443503 K和T=363423 K内稳定存在.
    • 基金项目: 国家自然科学基金重点项目(批准号: 10832003)资助的课题.
    [1]

    Peiris S M, Piermarini G J 2008 Static Compression of Energetic Materails (Berlin: Springer-Verlag) p113-115

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    Zhou T T, Liu Y, Zybin S V, Huang F L, Goddard III W A Equations of State for HMX Polymorphs and Molecular Conformation Transformations from ReaxFF-lg Molecular Dynamics. [to be published]

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    Zybin S V, Goddard III W A, Xu P, van Duin A C T, Thompson A P 2010 Appl. Phys. Lett. 96 081918

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    Jang S S, Lin S T, Maiti P K, Blanco M, Goddard III W A, Shuler P, Tang Y C 2004 J. Phys. Chem. B 108 12130

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    Lin S T, Maiti P K, Goddard III W A 2010 J. Phys. Chem. B 114 8191

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    Pascal T A, Abrol R, Mittal R, Wang Y, Prasadarao N V, Goddard III W A 2010 J. Biol. Chem. 285 37753

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    Smith G D, Bharadwaj R K 1999 J. Phys. Chem. B 103 3570

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出版历程
  • 收稿日期:  2012-06-07
  • 修回日期:  2012-07-05
  • 刊出日期:  2012-12-20

HMX不同晶型热膨胀特性及相变的ReaxFF分子动力学模拟

  • 1. 爆炸科学与技术国家重点实验室, 北京理工大学, 北京 100081
    基金项目: 

    国家自然科学基金重点项目(批准号: 10832003)资助的课题.

摘要: HMX (octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine) 晶体不同晶型对温度的响应对于深入认识含能材料在外加载荷下的感度、稳定性、 相变等具有重要意义. 采用ReaxFF-lg势函数和等温等压分子动力学 (NPT-MD) 方法, 研究了-, -和-HMX三种固态晶型在T=303503 K内的晶体结构和分子结构. 结果表明, ReaxFF-lg势函数能够合理地描述HMX晶体的热膨胀行为, 计算得到的晶体结构和热膨胀系数与实验数据比较符合. 三种晶型的线膨胀系数表明, -HMX晶体具有明显的热膨胀各向异性; -HMX晶体c轴的热膨胀特性与a, b轴略有不同; -HMX晶体三个方向的热膨胀特性基本相同. 三种晶型的体膨胀系数为-HMX -HMX HMX, 表明-HMX晶体对温度最敏感, 这可能是-HMX晶体具有更高感度的原因. 在T=443 K时, HMX晶体的晶胞参数突变, 且部分分子构型由椅式转变为船式-椅式. 采用两相热力学模型 (2PT) 得到的亥姆赫兹自由能表明, HMX晶体在 T=423443 K时发生相变. , -和-HMX晶体分别在T=303423 K, T=443503 K和T=363423 K内稳定存在.

English Abstract

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