电场对成核结晶的控制是一个新兴的研究方向,因其控制结晶的方式较为灵活、研究及应用前景良好,在近二十年中已广泛的应用于化工、生物、制药以及储能材料等行业,但在炸药领域的应用和研究几近空白。硝胺炸药是目前最广为人知、性能最出色的一类高能炸药。其中,1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(HMX)是硝胺炸药中引人注目的代表。本文将以HMX为研究对象,用理论和模拟的手段探究外加直流电场和外加交流电场对硝胺炸药HMX成核结晶过程的影响情况,并分析探索其本质的原因。本文主要研究内容如下:(1)采用量子化学及波函数的理论计算HMX分子在外加电场下几何构型的变化以及受到激发的情况,通过统计HMX分子键长键角的变化情况以及计算HMX分子在电场下的激发能和激发前后电子密度差来总结规律并探究规律背后的原因。发现在外加电场下,因电场激发HMX分子内电子跃迁而发生电子的转移,电子的转移引起键长键角的改变,导致HMX分子构象在外加电场下发生变化。电子转移的情况受外加电场的方向影响,因此HMX分子构象在电场方向异同时也表现得不相同。电子跃迁的激发以及构象的变化将随着外加电场强度的增大而变化。(2)采用分子动力学的方法对在不同强度和不同方向下的外加直流电场对HMX成核结晶及溶解情况进行模拟,并通过统计HMX溶液中最大团簇的分子数目以及计算HMX分子及其周围溶液的总偶极矩探讨产生该现象的原因。发现外加直流电场的强度对HMX成核结晶速率的影响要大于方向,并且在一定范围内随着电场强度的增大其控制HMX结晶成核的能力呈现出周期性变化趋势。根据最大团簇的分子个数变化情况得知,电场强度越大,HMX的溶解速率越快。虽然最后溶解HMX晶体的能力不再变化,但达到平衡的时间明显缩短。存在一个电场强度的临界值,在临界强度处电场影响HMX成核结晶的能力与无外加电场时相同,小于临界强度时对HMX成核结晶起到促进的作用,而大于临界强度时则抑制HMX的成核结晶。外加静电场的方向在一定程度上影响HMX成核结晶或溶解的速率,但并不能够改变结晶或者溶解的趋势。在外加静电场下,HMX分子的总偶极矩的大小随着电场强度的增大而增大,而且偶极矩的方向大体上为与电场方向平行的方向略有夹角。(3)采用分子动力学的方法对在不同电场频率下的外加时变电场对HMX成核结晶及溶解情况进行模拟,并通过统计HMX溶液中最大团簇的分子数目以及计算HMX分子及其周围溶液的总偶极矩探讨产生该现象的原因。电场频率在中高频率的情况下大多是促进HMX晶核生长的,而且能够较大的提高HMX晶体的成核生长速率。但当在超高频率的电场下(此时超过某一频率临界值),对HMX的促进晶核生长的趋势便开始变为抑制HMX晶核的生长。其次,电场强度对HMX成核结晶的控制能力在电场频率存在的情况下被大大的削弱,电场频率对HMX成核结晶的影响占主要的地位。但电场强度还是会在一定程度上影响HMX成核结晶,相同的频率下,不同电场强度下HMX成核结晶的能力是不同的。在外加交流电场下,HMX分子总偶极矩的变化情况受电场强度的影响非常小,且随着电场频率的改变,偶极矩的变化依然并不明显。