RDX、HMX及CL-20晶体的高温高压相变研究进展
发布时间：2021-06-24 20:26
环三亚甲基三硝胺（RDX）、环四亚甲基四硝胺（HMX）和六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）三种多晶型含能材料在高压/高温高压下具有丰富的相变行为及相变特征,本文总结了三种炸药在不同压力环境下的相变路径、部分相结构及p-T相图,为含能材料的爆轰行为和理论研究工作提供参考。根据目前的研究现状,发现在较复杂的相变研究上仍存在分歧,大部分高压相的结构还不明确,p-T相图不够完善,相变理论的研究也存在明显不足。指出探索含能材料的不同晶型间转化机理和获取更多相结构信息将是未来的重点研究方向。
【文章来源】：含能材料. 2020,28(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
α-RDX和β-RDX的分子结构[28-29]
Goto等[43]认为γ-RDX的空间群与α?RDX的相同，Dreger等[23-27]则认为γ-RDX的空间群与α-RDX类似。Davidson等[44]获得了5.2 GPa下γ-RDX的高压单晶中子衍射图谱，他们的实验结果更倾向于认为γ-RDX的分子中存在两种独立的分子构象，AAA和AAI，如图2a所示。近期本课题组[48]通过分析压力下RDX的N─N,O─N─O以及CH2振动模式随压力的变化趋势，获得了γ-RDX构象的相关信息。由于RDX的一种构象中有3个CH2基团和3个NO2基团，因此，应该有6个CH2的伸缩振动模式（3个对称伸缩振动和3个反对称伸缩）和6个NO2的伸缩振动模式。而在采用氩气作为传压介质的实验中，γ-RDX的拉曼光谱中出现了8个的CH2伸缩振动模式，因此γ-RDX有不止一种构象；结合压力下N─N(eq),N─N(ax),O─N─O(ax),O─N─O(eq）伸缩振动模式的频移趋势，印证了David?son提出的γ-RDX有AAA和AAI两种构象的结论[44]。2.3 高压相δ-RDX和ζ-RDX
在较高的压力下（约28 GPa),RDX的拉曼光谱出现新的NO2旋转振动模式，环的弯曲振动模式，C─H键伸缩振动模式以及环振动模式，说明在此压力下，δ-RDX会转变为RDX的一个新相（ζ），同步辐射高压X射线衍射也证实了这一相变，且所有的相变都是可逆的[48]。但是，高压下解析晶体的结构需要高质量的衍射数据，而实验中所获得的δ-RDX及ζ-RDX的X射线衍射谱质量较差，因此，解析δ-RDX及ζ-RDX的结构仍需要进一步的研究。目前，许多理论工作者开展了高压下RDX的电子结构等方面的相关研究，肖鹤鸣等[49]模拟计算了不同温度和压力条件下RDX等多种高能量密度材料晶体的微观电子结构、能带结构和力学性能。朱卫华等[50]采用密度泛函理论模拟计算了静水压下（0～50 GPa压力范围内）RDX的晶体结构，在13 GPa下，α-RDX的晶格参数，键长，键角，能带等均出现不连续改变，说明在此压力下α-RDX的结构发生改变，此结构相变导致C─H键振动吸收明显增强。也有研究指出[51],RDX在170 GPa的冲击加载条件下会发生金属化行为，且在沿不同轴向的（x,y,z）冲击加载条件下，RDX的撞击感度是各向异性的，并预测沿z方向冲击时RDX晶体的感度最低。赵纪军等[52?53]利用第一性原理计算模拟分析了压力加载下α-RDX的结构、弹性模量和带隙的演化过程，初步显示了较强的各向异性和接近线性的压力响应。这些理论研究可以为未来极端条件下RDX的性质研究提供参考。
【参考文献】：
期刊论文
[1]运用从头算动力学方法研究极端条件下CL-20的分解机理（英文）[J]. 向东,吴琼,朱卫华. 含能材料. 2018(01)
[2]含能材料的相变研究进展[J]. 徐维森,袁姣楠,张秀清,胡燕飞,田馨,任海超,姬广富,赵锋. 含能材料. 2018(01)
[3]含能材料的密度、爆速、爆压和静电感度的理论研究[J]. 王桂香,肖鹤鸣,居学海,贡雪东. 化学学报. 2007(06)
本文编号：3247772
【文章来源】：含能材料. 2020,28(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
α-RDX和β-RDX的分子结构[28-29]
Goto等[43]认为γ-RDX的空间群与α?RDX的相同，Dreger等[23-27]则认为γ-RDX的空间群与α-RDX类似。Davidson等[44]获得了5.2 GPa下γ-RDX的高压单晶中子衍射图谱，他们的实验结果更倾向于认为γ-RDX的分子中存在两种独立的分子构象，AAA和AAI，如图2a所示。近期本课题组[48]通过分析压力下RDX的N─N,O─N─O以及CH2振动模式随压力的变化趋势，获得了γ-RDX构象的相关信息。由于RDX的一种构象中有3个CH2基团和3个NO2基团，因此，应该有6个CH2的伸缩振动模式（3个对称伸缩振动和3个反对称伸缩）和6个NO2的伸缩振动模式。而在采用氩气作为传压介质的实验中，γ-RDX的拉曼光谱中出现了8个的CH2伸缩振动模式，因此γ-RDX有不止一种构象；结合压力下N─N(eq),N─N(ax),O─N─O(ax),O─N─O(eq）伸缩振动模式的频移趋势，印证了David?son提出的γ-RDX有AAA和AAI两种构象的结论[44]。2.3 高压相δ-RDX和ζ-RDX
在较高的压力下（约28 GPa),RDX的拉曼光谱出现新的NO2旋转振动模式，环的弯曲振动模式，C─H键伸缩振动模式以及环振动模式，说明在此压力下，δ-RDX会转变为RDX的一个新相（ζ），同步辐射高压X射线衍射也证实了这一相变，且所有的相变都是可逆的[48]。但是，高压下解析晶体的结构需要高质量的衍射数据，而实验中所获得的δ-RDX及ζ-RDX的X射线衍射谱质量较差，因此，解析δ-RDX及ζ-RDX的结构仍需要进一步的研究。目前，许多理论工作者开展了高压下RDX的电子结构等方面的相关研究，肖鹤鸣等[49]模拟计算了不同温度和压力条件下RDX等多种高能量密度材料晶体的微观电子结构、能带结构和力学性能。朱卫华等[50]采用密度泛函理论模拟计算了静水压下（0～50 GPa压力范围内）RDX的晶体结构，在13 GPa下，α-RDX的晶格参数，键长，键角，能带等均出现不连续改变，说明在此压力下α-RDX的结构发生改变，此结构相变导致C─H键振动吸收明显增强。也有研究指出[51],RDX在170 GPa的冲击加载条件下会发生金属化行为，且在沿不同轴向的（x,y,z）冲击加载条件下，RDX的撞击感度是各向异性的，并预测沿z方向冲击时RDX晶体的感度最低。赵纪军等[52?53]利用第一性原理计算模拟分析了压力加载下α-RDX的结构、弹性模量和带隙的演化过程，初步显示了较强的各向异性和接近线性的压力响应。这些理论研究可以为未来极端条件下RDX的性质研究提供参考。
【参考文献】：
期刊论文
[1]运用从头算动力学方法研究极端条件下CL-20的分解机理（英文）[J]. 向东,吴琼,朱卫华. 含能材料. 2018(01)
[2]含能材料的相变研究进展[J]. 徐维森,袁姣楠,张秀清,胡燕飞,田馨,任海超,姬广富,赵锋. 含能材料. 2018(01)
[3]含能材料的密度、爆速、爆压和静电感度的理论研究[J]. 王桂香,肖鹤鸣,居学海,贡雪东. 化学学报. 2007(06)
本文编号：3247772
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