沖擊加載下環三亞甲基三硝胺的初始動態響應及反應機理*

彭亞晶 孫爽 劉偉娜 劉宇輝

(渤海大學物理科學與技術學院, 錦州 121000)

1 引 言

環三亞甲基三硝胺(RDX)是一種高性能的含能化合物, 廣泛應用于多種聚合物鍵合炸藥(PBXs)和推進劑配方中[1].由于晶體生長過程中的各種不利條件, 通常會在晶體內部形成一些缺陷, 包括空位、雜質和位錯等, 這對其初始反應性能有一定的影響[2-4].當含能材料中含有大量缺陷時, 對外界熱或沖擊的感度將顯著下降[5].Wang等[6]和Kuklja等[7]運用第一性原理的方法對含空位和位錯缺陷的RDX晶體的電子結構性質進行了研究, 結果表明空位缺陷的存在會導致晶體光學帶隙變窄, 并降低了其絕緣體相態向金屬相態轉變的臨界壓力.我們先前的工作對含有分子空位的RDX晶體的幾何結構、電子結構及振動特性進行了詳細地分析,表明了分子空位缺陷的存在使體系能帶隙變小, 并使缺陷附近的分子結構松弛, 電荷分布增多, 反應活性增強[8].Chakraborty等[9]利用密度泛函理論計算了HMX和RDX含能材料的分解途徑, 表明了N—NO2消去和氫轉移形成HONO的能壘較低(約39 kcal/mol); Ge等[10,11]利用多尺度沖擊技術(MSST)對凝聚相β-HMX 和RDX進行分子動力學模擬, 給出N—NO2鍵的解離和C—N鍵斷裂是RDX的主要分解途徑, 并指出單一RDX分子在11 km/s速度沖擊下, 主要產物包括NO2, NO,N2O, CO和N2.鄭朝陽和趙紀軍[12]利用第一性原理分子動力學方法研究了RDX的熱解初始反應機制, 表明了分解方式主要包括質子轉移、C—N鍵斷裂和N—NO2鍵斷裂等方式, 并提出沖擊加載可能帶來C—H鍵斷裂的反應機制.然而, 在沖擊……