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分子化学向材料化学发展是大势所趋。研究复合材料组分的结构与性能已成为倍受化学家和材料学家关注的领域。HMX(环四甲撑四硝胺)和TATB(均三氨基均三硝基苯)是使用广泛、综合性能很好的炸药。本论文运用当代量子化学(QM)、分子力学(MM)和分子动力学(MD)等理论方法,研究了温度、压力对HMX、TATB为基的高聚物粘结炸药(PBX)在不同晶面上的力学性能和结合能的影响,讨论了高压对HMX晶体结构的影响,以期探讨结构与性能之间的关系。 1、用MD方法模拟了温度对HMX与F2311构成典型含氟炸药的力学性能和结合能的影响,结果发现同一温度下F2311粘结HMX晶体表面后各个面上力学性能的差异不大;且在一定温度范围内,随着温度上升β-HMX晶体及其双组份PBX模量下降,弹塑性增强:加入少量氟聚物后确能有效改善PBX力学性能。 2、用MD方法模拟了系列含氟聚合物与TATB构成PBX在不同晶面上的力学性能和结合能,并比较其相对大小。结果发现,沿TATB三个晶面与氟聚物粘结,对TATB力学性能的改善效应为(010)≈(100)>(001);四种氟聚物(PVDF、PCTFE、F2311、F2314)与TATB晶体均具较强吸引作用,应可用作粘结剂;四种氟聚物与TATB晶体的结合能大小排序为PVDF>F2311>F2314>PCTFE;各聚合物在TATB不同晶面上的结合能大小排序为(001)>(010)>(100);各PBX结合能大小主要由氢键强弱所贡献;系列高聚物对TATB力学性能的改善效应及其与TATB的结合能并不存在平行递变关系,实际优选粘结剂必须综合考虑结合能和力学性能两个方面。 3、以HMX晶体为例,从固体密度泛函理论结合平面波赝势方法探讨了压力对晶体结构的影响,结果发现,压强小于10GPa时,压力的变化对HMX晶体晶胞参数影响不大;压强大于10GPa时,这些参数变化较大且b轴尤为明显,这说明可压缩性是各向异性的,a和c方向刚性强,不易被压缩;计算所得0.0001、0.1、10、100和1000GPa下的能隙分别约3.253、3.249、2.850、1.925和1.083eV,其中常压下的能隙与先前EH-CO计算结果一致:压强小于10GPa时费米能级附近的态密度主要由硝基上O原子及苯环上N原子贡献,当压强很大时,所有原子的p轨道均对态密度有明显贡献。