高压下β-HMX热分解机理的ReaxFF反应分子动力学模拟

周婷婷 石一丁 黄风雷

引用本文: 周婷婷, 石一丁, 黄风雷. 高压下β-HMX热分解机理的ReaxFF反应分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, doi: 10.3866/PKU.WHXB201208031 shu
Citation:  ZHOU Ting-Ting, SHI Yi-Ding, HUANG Feng-Lei. Thermal Decomposition Mechanism of β-HMX under High Pressures via ReaxFF Reactive Molecular Dynamics Simulations[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, doi: 10.3866/PKU.WHXB201208031 shu

高压下β-HMX热分解机理的ReaxFF反应分子动力学模拟

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(10832003)资助项目 (10832003)

摘要:

采用ReaxFF反应分子动力学方法研究了不同压缩态β-HMX晶体(ρ=1.89、2.11、2.22、2.46、2.80、3.20 g·cm-3)在T=2500 K时的热分解机理, 分析了压力对初级和次级化学反应速率的影响、高压与低压下初始分解机理的区别以及造成反应机理发生变化的原因. 发现HMX的初始分解机理与压力(或密度)相关. 低压下(ρ<2.80 g·cm-3)以分子内反应为主, 即N-NO2键的断裂、HONO的生成以及分子主环的断裂(C-N键的断裂). 高压下(ρ≥2.80 g·cm-3)分子内反应被显著地抑制, 而分子间反应得到促进, 生成了较多的O2、HO等小分子和大分子团簇. 初始分解机理随压力的变化导致不同密度下的反应速率和势能也有所不同. 本文在原子水平对高压下HMX反应机理的深入研究对于认识含能材料在极端条件下的起爆、化学反应的发展以及爆轰等具有重要意义.

English

    1. [1]

      (1) Lewis, J. P.; Glaesemann, K. R.; VanOpdorp, K.; Voth, G. A.J. Phys. Chem. A 2000, 104, 11384. doi: 10.1021/jp002173g

      (1) Lewis, J. P.; Glaesemann, K. R.; VanOpdorp, K.; Voth, G. A.J. Phys. Chem. A 2000, 104, 11384. doi: 10.1021/jp002173g

    2. [2]

      (2) Chakraborty, D.; Muller, R. P.; ddard,W. A., III. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 1302. doi: 10.1021/jp0026181(2) Chakraborty, D.; Muller, R. P.; ddard,W. A., III. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 1302. doi: 10.1021/jp0026181

    3. [3]

      (3) Sharia, O.; Kuklja, M. M. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 12677.(3) Sharia, O.; Kuklja, M. M. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 12677.

    4. [4]

      (4) Jiang, F. L.; Zhai, G. H.; Ding, L.; Yue, K. F.; Liu, N.; Shi, Q.Z.;Wen, Z. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 409. [姜富灵,翟高红, 丁黎, 岳可芬, 刘妮, 史启祯, 文振翼. 物理化学学报, 2010, 26, 409.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100128(4) Jiang, F. L.; Zhai, G. H.; Ding, L.; Yue, K. F.; Liu, N.; Shi, Q.Z.;Wen, Z. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 409. [姜富灵,翟高红, 丁黎, 岳可芬, 刘妮, 史启祯, 文振翼. 物理化学学报, 2010, 26, 409.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100128

    5. [5]

      (5) Brill, T. B. J. Prop. Power 1995, 11, 740. doi: 10.2514/3.23899(5) Brill, T. B. J. Prop. Power 1995, 11, 740. doi: 10.2514/3.23899

    6. [6]

      (6) Tang, C. J.; Lee, Y. J.; Litzinger, T. A. J. Prop. Power 1999, 15,296. doi: 10.2514/2.5427(6) Tang, C. J.; Lee, Y. J.; Litzinger, T. A. J. Prop. Power 1999, 15,296. doi: 10.2514/2.5427

    7. [7]

      (7) Tarver, C. M.; Chidester, S. K.; Nichols, A. L. J. Phys. Chem.1996, 100, 5794. doi: 10.1021/jp953123s(7) Tarver, C. M.; Chidester, S. K.; Nichols, A. L. J. Phys. Chem.1996, 100, 5794. doi: 10.1021/jp953123s

    8. [8]

      (8) Gilman, J. J. Phil. Maga. B 1995, 71 (6), 1057. doi: 10.1080/01418639508241895(8) Gilman, J. J. Phil. Maga. B 1995, 71 (6), 1057. doi: 10.1080/01418639508241895

    9. [9]

      (9) Gilman, J. J. Phil. Maga. B 1993, 67 (2), 207. doi: 10.1080/13642819308207868(9) Gilman, J. J. Phil. Maga. B 1993, 67 (2), 207. doi: 10.1080/13642819308207868

    10. [10]

      (10) Margetis, D.; Kaxiras, E.; Elstner, M.; Frauenheim, T.; Manaa,M. R. J. Chem. Phys. 2002, 117 (2), 788. doi: 10.1063/1.1466830(10) Margetis, D.; Kaxiras, E.; Elstner, M.; Frauenheim, T.; Manaa,M. R. J. Chem. Phys. 2002, 117 (2), 788. doi: 10.1063/1.1466830

    11. [11]

      (11) Manaa, M. R. Appl. Phys. Lett. 2003, 83 (7), 1352. doi: 10.1063/1.1603351(11) Manaa, M. R. Appl. Phys. Lett. 2003, 83 (7), 1352. doi: 10.1063/1.1603351

    12. [12]

      (12) Lu, L. Y.;Wei, D. Q.; Chen, X. R.; Lian, D.; Ji, G. F.; Zhang, Q.M.; ng, Z. Z. Mol. Phys. 2008, 106, 2569. doi: 10.1080/00268970802616343(12) Lu, L. Y.;Wei, D. Q.; Chen, X. R.; Lian, D.; Ji, G. F.; Zhang, Q.M.; ng, Z. Z. Mol. Phys. 2008, 106, 2569. doi: 10.1080/00268970802616343

    13. [13]

      (13) Kuklja, M. M.; Rashkeev, S. N.; Zerilli, F. J. Appl. Phys. Lett.2006, 89 (7), 71904. doi: 10.1063/1.2335680(13) Kuklja, M. M.; Rashkeev, S. N.; Zerilli, F. J. Appl. Phys. Lett.2006, 89 (7), 71904. doi: 10.1063/1.2335680

    14. [14]

      (14) Kuklja, M. M.; Rashkeev, S. N. Phys. Rev. B 2007, 75 (10),104111. doi: 10.1103/PhysRevB.75.104111(14) Kuklja, M. M.; Rashkeev, S. N. Phys. Rev. B 2007, 75 (10),104111. doi: 10.1103/PhysRevB.75.104111

    15. [15]

      (15) Manaa, M. R.; Fried, L. E.; Melius, C. F.; Elstner, M.;Frauenheim, T. J. Phys. Chem. A 2002, 106 (39), 9024. doi: 10.1021/jp025668+(15) Manaa, M. R.; Fried, L. E.; Melius, C. F.; Elstner, M.;Frauenheim, T. J. Phys. Chem. A 2002, 106 (39), 9024. doi: 10.1021/jp025668+

    16. [16]

      (16) Manaa, M. R.; Fried, L. E.; Reed, E. J. J. Computer-Aided Materials Design 2003, 10 (2), 75. doi: 10.1023/B:JCAD.0000036812.64349.15(16) Manaa, M. R.; Fried, L. E.; Reed, E. J. J. Computer-Aided Materials Design 2003, 10 (2), 75. doi: 10.1023/B:JCAD.0000036812.64349.15

    17. [17]

      (17) Zhu,W. H.; Huang, H.; Huang, H. J.; Xiao, H. M. J. Chem. Phys. 2012, 136, 044516. doi: 10.1063/1.3679384(17) Zhu,W. H.; Huang, H.; Huang, H. J.; Xiao, H. M. J. Chem. Phys. 2012, 136, 044516. doi: 10.1063/1.3679384

    18. [18]

      (18) van Duin, A. C. T.; Dasgupta, S.; Lorant, F. J. Phys. Chem. A2001, 105 (41), 9396.(18) van Duin, A. C. T.; Dasgupta, S.; Lorant, F. J. Phys. Chem. A2001, 105 (41), 9396.

    19. [19]

      (19) Rom, N.; Zybin, S. V.; van Duin, A. C. T.; ddard,W. A., III;Zeiri, Y.; Katz, G.; Kosloff, R. J. Phys. Chem. A 2011, 115,10181. doi: 10.1021/jp202059v(19) Rom, N.; Zybin, S. V.; van Duin, A. C. T.; ddard,W. A., III;Zeiri, Y.; Katz, G.; Kosloff, R. J. Phys. Chem. A 2011, 115,10181. doi: 10.1021/jp202059v

    20. [20]

      (20) Zhang, L. Z.; Sergey, V. Z.; van Duin, A. C. T.; Siddharth, D.; ddard,W. A., III. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 10619.(20) Zhang, L. Z.; Sergey, V. Z.; van Duin, A. C. T.; Siddharth, D.; ddard,W. A., III. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 10619.

    21. [21]

      (21) Strachan, A.; Kober, E. M.; van Duin, A. C. T.; Oxgaard, J.; ddard,W. A., III. J. Chem. Phys. 2005, 122 (5), 54502. doi: 10.1063/1.1831277(21) Strachan, A.; Kober, E. M.; van Duin, A. C. T.; Oxgaard, J.; ddard,W. A., III. J. Chem. Phys. 2005, 122 (5), 54502. doi: 10.1063/1.1831277

    22. [22]

      (22) Strachan, A.; van Duin, A. C. T.; Chakraborty, D.; Dasgupta, S.; ddard,W. A., III. Phys. Rev. Lett. 2003, 91 (9), 098301. doi: 10.1103/PhysRevLett.91.098301(22) Strachan, A.; van Duin, A. C. T.; Chakraborty, D.; Dasgupta, S.; ddard,W. A., III. Phys. Rev. Lett. 2003, 91 (9), 098301. doi: 10.1103/PhysRevLett.91.098301

    23. [23]

      (23) Zybin, S. V.; ddard,W. A., III; Xu, P.; van Duin, A. C. T.;Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 081918. doi: 10.1063/1.3323103(23) Zybin, S. V.; ddard,W. A., III; Xu, P.; van Duin, A. C. T.;Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 081918. doi: 10.1063/1.3323103

    24. [24]

      (24) An, Q.; Liu, Y.; Zybin, S. V.; Kim, H.; ddard,W. A., III.J. Phys. Chem. C 2012, 116 (18), 10198. doi: 10.1021/jp300711m(24) An, Q.; Liu, Y.; Zybin, S. V.; Kim, H.; ddard,W. A., III.J. Phys. Chem. C 2012, 116 (18), 10198. doi: 10.1021/jp300711m

    25. [25]

      (25) Zhou, T. T.; Zybin, S. V.; Liu, Y.; Huang, F. L.; ddard,W. A.,III. J. Appl. Phys. 2012, 111 (12), 124904. doi: 10.1063/1.4729114(25) Zhou, T. T.; Zybin, S. V.; Liu, Y.; Huang, F. L.; ddard,W. A.,III. J. Appl. Phys. 2012, 111 (12), 124904. doi: 10.1063/1.4729114

    26. [26]

      (26) Choi, C. S.; Boutin, H. P. Acta Crystallogr. B 1970, 26, 1235.(26) Choi, C. S.; Boutin, H. P. Acta Crystallogr. B 1970, 26, 1235.

    27. [27]

      (27) Yoo, C. S.; Cynn, H. J. Chem. Phys. 1999, 111 (22), 10229. doi: 10.1063/1.480341(27) Yoo, C. S.; Cynn, H. J. Chem. Phys. 1999, 111 (22), 10229. doi: 10.1063/1.480341

    28. [28]

      (28) to, N.; Fujihisa, H.; Yamawaki, H. J. Phys. Chem. B 2006,110, 23655. doi: 10.1021/jp0635359

      (28) to, N.; Fujihisa, H.; Yamawaki, H. J. Phys. Chem. B 2006,110, 23655. doi: 10.1021/jp0635359

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1137
  • 文章访问数:  2750
  • HTML全文浏览量:  63
文章相关
  • 发布日期:  2012-10-17
  • 收稿日期:  2012-06-04
  • 网络出版日期:  2012-08-03
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章