TKX-50溶剂化生长及其形貌控制的理论研究

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5,5′-联四唑-1,1′-二氧二羟铵(Dihydroxylammonium 5,5′-bistetrazole-1,1′-diolate,TKX-50)是一种很有前景的高能离子盐,具有较高的爆轰速度和较低的机械感度。为了研究溶剂对TKX-50晶体生长的影响,从理论计算的角度出发,研究TKX-50分子在不同溶剂模型中的性质,以及不同溶剂对TKX-50晶体形貌的影响。对比了不同理论模型预测溶剂中TKX-50晶体形貌的区别,从而筛选适用于TKX-50结晶的溶剂,为低感TKX-50的研制提供理论依据。采用密度泛函理论结合SMD溶剂化模型研究了TKX-50在6种溶剂中的溶剂化效应。研究表明,溶剂效应对TKX-50分子结构中N-O键长和以C-C键为中心形成的二面角影响较大。在溶剂相中,负电荷主要转移到了TKX-50分子骨架上的N原子和羟铵阳离子的O原子上。与气相中相比,TKX-50在溶剂相中带隙增大。溶剂相中,电子的分布不均匀,相比于气相,电子的定域化程度降低。采用附着能模型预测TKX-50的真空形貌。结果表明,PCFF力场适用于TKX-50的研究。真空下TKX-50的晶体生长形态主要是由(0 2 0)、(1 0 0)、(0 1 1)、(1 1 0)、(11-1)和(1 2-1)晶面组成,纵横比为1.98。其中,(0 1 1)晶面具有最强的形态重要性,(1 1-1)晶面的生长速率最快,趋向于消失。PBC分析表明,TKX-50每个晶面都属于PBC理论中的平坦面。对晶面结构的分析表明,(1 1 0)晶面的结构最粗糙,(1 0 0)晶面最平坦。借助附着能修正模型1(定义为MAE1),模拟计算了TKX-50晶体各个晶面在6种单溶剂和不同体积比甲酸/水混合溶剂中的相对生长速率,从而预测溶剂中的TKX-50结晶形貌。径向分布函数的分析表明,TKX-50晶面与溶剂分子之间主要存在氢键、范德华作用和静电作用,氢键作用形式是O-H···O,属于强氢键。对形貌预测以及纵横比的计算结果表明,在单溶剂体系中,EG和DMF溶剂更有利于TKX-50的球形化。在FA/H2O混合溶剂体系中,体积比为1/2有利于TKX-50的球形化。借助附着能修正模型2(定义为MAE2)和占据率模型,预测TKX-50晶体在EG和DMF溶剂中的形貌,与实验结果进行比较。结果表明,使用MAE2和占据率模型预测的溶剂中TKX-50形貌基本上比较相似。MAE1方法是MAE2方法的一个特例,MAE2方法更具有普遍性,适用性更强。此外,如果考虑溶液中溶质分子的作用,占据率模型比MAE1和MAE2方法更加适用。
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