高压下含能呋咱衍生物晶体结构和性质的理论研究

发布时间：2018-01-16 21:12

本文关键词：高压下含能呋咱衍生物晶体结构和性质的理论研究　出处：《南京理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本论文运用周期性色散矫正密度泛函理论(DFT-D)方法,对静水压作用下含能呋咱衍生物晶体苯并三氧化呋咱(BTF)、3,3'-二硝氨基-4,4’-氧化偶氮呋咱(DNOAAF)、3,3’-二硝基-4,4’-氧化偶氮呋咱(DNOAF)和3,4-双(3-硝基呋咱-4-基)氧化呋咱(BNTF)的结构和性质进行了研究。总结了不同压力下其结构与性质的关系,以期对实验工作提供有效的补充。其主要内容如下：1、运用三种DFT-D方法(PBE-G06、PBE-TS和PW91-OBS)对BTF的实验晶体结构进行完全优化；基于晶体结构参数优化值与实验值的比较,选出合适的方法。然后,在压力1-150 GPa范围内,优化BTF的晶体结构,进而计算不同压力下其电子结构和光吸收性质。最后,探讨不同压力下其结构和性质的关系。其主要研究结果和结论：BTF晶格参数a在静水压作用下变化较小,而b和c的变化则较大,表明该晶体的可压缩性是各向异性的。在107 GPa处,BTF晶胞结构发生突变,其中,N2-02和O1-N6键发生断裂。随着压力的增加,其带隙逐渐减小,且其在低压区的减少程度比高压区的更明显。对其态密度的分析表明,随着压力的增加,体系中电子的离域性逐渐增强。基于不同压力下其带隙变化的比较,发现外压的增加会导致其撞击感度的增加。其在高压区的吸收系数比低压区的高,意味着其吸收谱向高频率区移动。2、基于DNOAAF晶体结构的PBE-G06、PBE-TS和PW91-OBS优化值和实验值的比较,得出合适的计算方法。在1-190 GPa内,对它们的晶体结构、电子性质和光吸收光谱进行计算。分析不同压力对其晶体、分子和电子结构及其光吸收性质的影响；揭示高压下其感度和化学键的变化。其主要研究结果和结论：在0-170 GPa内,DNOAAF晶格参数a、b和c随着压力增加而单调递减；在170 GPa处,其晶体结构发生突变,其中N3-H1键断裂,而H2与N8’之间成键；在170-190 GPa内,b和c单调递增,但a却单调递减。由此可见,I)NOAAF的可压缩性是各向异性的。随着压力的增加,其带隙和晶胞体积逐渐地减小。但其带隙和体积在低压区域的减少比高压区域的更加明显。随着压力的增加,体系中电子离域性逐渐增强。这表明施加压力会降低其稳定性,从而变得更容易分解和起爆。在基频吸收区域内,其高压区的吸收系数比低压区高。3、在1-190 GPa内,运用DFT-D方法,对DNOAF晶体进行不加任何限制的完全优化。在此优化构型的基础上,对其能带结构、态密度和吸收性质进行计算。总结其晶体结构、分子几何参数、带隙、态密度和光吸收系数随压力的变化规律。其主要研究结果和结论:DNOAF晶体的可压缩性是各向异性的；c方向比a和b更软。在120 GPa处,其晶体结构发生突变,其中,N4与C7之间形成化学键。在170 GPa处,N4-02键长增加到2.085A,预示着N4-O2键发生断裂。随着压力的增加,其带隙和晶胞体积逐渐地减小。但其带隙和体积在低压区域的减少比高压区域的更加明显。随着压力的增加,价带顶部的几个DOS峰逐渐地合并在一起,预示着体系中电子离域性增强。随着压力增加,其光吸收逐渐增强,而且其高压区的吸收系数比低压区高。4、对PBE-G06、PBE-TS和PW91-0BS三种方法进行验证,从中选出较为理想的方法。对BNTF优化的晶体结构施加1-150 GPa的压力,然后,计算它们的带隙、态密度和光吸收系数。最后,探讨压力对其结构和性质的影响规律。其主要研究结果和结论：沿b方向压缩BNTF晶体比沿a和c方向更容易,表明该晶体的可压缩性是各向异性的。在130 GPa处,其晶体结构发生突变；在150 GPa处,N6-O3和N1-O1键长突增而断裂,而原子C5与N1成键。随着压力的增加,其带隙和晶胞体积逐渐地减小,但其在低压区域的减少比高压区域更加明显。随着压力的增加,体系中电子离域性增强。由此可见,外加压力会降低其稳定性,从而变得更容易分解和起爆。在基频吸收区域内,其在高压区的吸收系数比低压区的高,表明其吸收谱向高频率区移动。然而,当压力高于130 GPa时,则情况恰好相反。
[Abstract]:In this paper , the structure and properties of BTF are studied by using periodic dispersion correction density functional theory ( DFT - D ) . The relationship between the structure and properties of BTF under different pressures is studied . The crystal structure , state density and absorption properties of DNOAF crystal are calculated by using DFT - D method . The crystal structure , molecular geometry parameters , band gap , state density and light absorption coefficient are calculated .

【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34

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