含硼高能化合物的結(jié)構(gòu)與性能理論研究.pdf

1、高能鈍感是含能材料的發(fā)展方向，也是武器能源領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，人們改進(jìn)含能材料的技術(shù)途徑有兩大類(lèi):一是尋找和合成新的化合物;二是在配方中加入相容性好的高能組分來(lái)提高含能材料的能量，同時(shí)，通過(guò)添加粘結(jié)劑、鈍感劑來(lái)獲得感度相對(duì)較低的混合藥劑配方。無(wú)論采取何種途徑獲得新型高能化合物，其設(shè)計(jì)和合成都是根本所在，相關(guān)研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。硼由于具有高的燃燒熱值，受到了人們的關(guān)注，但硼的反應(yīng)需要外界供氧，而且此種材料的表面氧化

2、膜在燃爆過(guò)程中有較強(qiáng)的阻礙作用，影響了其能量的釋放?；诖藛?wèn)題，本文以設(shè)計(jì)兼具高熱值、反應(yīng)迅速、安全性好的含硼高能化合物為目標(biāo)，利用密度泛函理論對(duì)硝基硼烷化合物的幾何結(jié)構(gòu)、成鍵特征、熱力學(xué)穩(wěn)定性以及光譜性質(zhì)等進(jìn)行理論研究。從理論上設(shè)計(jì)探索新型高能、鈍感化合物，為新型高能鈍感含能材料的研究提供理論支撐。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1在密度泛函理論在B3LYP/6-31+G*水平上，對(duì)硼氧基取代TNT苯環(huán)上氫原子所得化合物進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)

3、、熱力學(xué)性質(zhì)以及其前線軌道能級(jí)差ΔEgap和Wiberg鍵級(jí)進(jìn)行了理論研究;
　　2在密度泛函理論在B3LYP/6-31+G*水平上，對(duì)TNA的硼氧基取代衍生物的幾何結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)性質(zhì)以及其前線軌道能級(jí)差ΔEgap和Wiberg鍵級(jí)進(jìn)行了理論研究;
　　3采用密度泛函理論在B3LYP/6-31+G*水平上，對(duì)TNP硼氧基取代物的鍵長(zhǎng)，紅外光譜振動(dòng)，熱力學(xué)性質(zhì)以及前線軌道能級(jí)差ΔEgap和wiberg鍵級(jí)進(jìn)行理論研究;
　

4、　4采用密度泛函理論在B3LYP/6-31+G*水平上，用原子化反應(yīng)法對(duì)硼氫化合物B2H6硝基衍生物的穩(wěn)定性、生成焓和爆熱等參數(shù)進(jìn)行了理論計(jì)算;
　　5采用密度泛函理論在B3LYP/6-31+G*水平上，對(duì)硼氫化合物B4H2硝基衍生物的穩(wěn)定性、生成焓和爆熱等參數(shù)進(jìn)行了理論計(jì)算;
　　6采用密度泛函理論在B3LYP/6-31+G*水平上，對(duì)硼氫化合物B5H9硝基衍生物的穩(wěn)定性、生成焓和爆熱等參數(shù)進(jìn)行了理論計(jì)算。
　　理論

5、計(jì)算結(jié)果表明:
　　1 TNT硼氧基衍生物中硼氧鍵為三鍵，C-BO鍵的鍵級(jí)為0.86，C-NO2鍵的鍵級(jí)為0.90，C-BO鍵的鍵級(jí)相對(duì)最弱，可能是標(biāo)題物的熱解或起爆引發(fā)鍵;通過(guò)自然軌道分析得出TNT-(BO)2前線軌道能級(jí)差值△Egap大于TNT-BO，這表明TNT硼氧基衍生物穩(wěn)定性隨取代基數(shù)的增加而增強(qiáng);通過(guò)爆熱計(jì)算得知TNT硼氧基衍生物的爆熱明顯大于TNT，由此可推斷，TNT硼氧基衍生物是一種潛在的高爆熱鈍感含能材料;

6、>　　2 TNA硼氧衍生物中硼氧鍵是典型三鍵;通過(guò)自然軌道分析在TNA硼氧衍生物中N-H鍵最弱，可能是標(biāo)題物的熱解或起爆引發(fā)鍵;并且隨著取代基數(shù)目的增加，前線軌道能級(jí)差ΔEgap增大，表明化合物穩(wěn)定性增強(qiáng);通過(guò)爆熱計(jì)算得知TNA硼氧基衍生物的爆熱大于TNA，由此可推斷，TNA硼氧基衍生物是一種潛在的高爆熱鈍感含能材料;
　　3 TNP硼氧衍生物中硼氧鍵是典型三鍵;通過(guò)自然軌道分析可知，隨著取代基數(shù)目的增加，TNP硼氧衍生物的前線軌

7、道能級(jí)差ΔEgap增大，表明化合物的穩(wěn)定性隨取代基數(shù)目的增加而增大;TNP硼氧基衍生物的爆熱比TNP爆熱大，而且計(jì)算表明硼氧基取代苯環(huán)上氫原子后會(huì)使得化合物更加穩(wěn)定，由此可推斷，TNP硼氧基衍生物是一種潛在的高爆熱鈍感含能材料;
　　4采用密度泛函理論研究結(jié)果表明，B2H6硝基衍生物的爆壓、爆速隨著硝基數(shù)的增加也在增加;自然軌道分析得知B2H2(NO2)4化合物的ΔEgap值為459.27 kJ/mol，接近于TNT、TNA和TN

8、P的硼氧基衍生物的ΔEgap值，說(shuō)明在B2H6中即使硝基數(shù)增加到4個(gè)時(shí)，所得到的硝基硼烷也是相當(dāng)穩(wěn)定的，可以作為潛在的新型高能鈍感含能材料使用;
　　5采用密度泛函理論對(duì)B4H2硝基衍生物和TNT進(jìn)行了研究比較，研究結(jié)果表明，標(biāo)題物的理論密度、爆速和爆壓略低，但是爆熱比TNT大很多;自然軌道分析得知B4HNO2和B4(NO2)2沒(méi)有B4H2穩(wěn)定，即B4HNO2和B4(NO2)2的感度較大，在使用前可能需要經(jīng)過(guò)降感處理;