高氮链状含能纳米颗粒尺寸效应的理论研究

吴小伟; 朱卫华

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为了揭示凝聚态炸药的尺寸效应对炸药稳定性和感度的影响机制,采用DFTB和DFT方法,研究了不同氮链长度含能材料N_(4)、N_(8)和N_(10)的纳米颗粒、单分子和晶体的能量及电子特性。结果表明,粒径0.6nm的N_(4)、N_(8)和N_(10)纳米颗粒的额外能为99.18、95.90和93.56kJ/mol,粒径3.0nm的N_(4)、N_(8)和N_(10)纳米颗粒的额外能为40.39、34.20和29.20kJ/mol,表明其额外能随粒径或氮链长度增加而减小;粒径1.2nm的N_(4)、N_(8)和N_(10)纳米颗粒的表面能为108.35、101.44和98.36mJ/m^(2),粒径1.4nm的N_(4)、N_(8)和N_(10)纳米颗粒的表面能为115.08、102.22和93.48mJ/m^(2),表明其表面能随氮链长度增加而减小,而随粒径增加无规律变化;粒径0.8nm的N_(4)、N_(8)和N_(10)纳米颗粒的升华焓为21.87、20.99和20.54kJ/mol,粒径2.0nm的N_(4)、N_(8)和N_(10)纳米颗粒的升华焓为1416.02、1607.58和1571.87kJ/mol,粒径1.8nm的N_(4)、N_(8)和N_(10)纳米颗粒的熔点为2.90、3.79和8.52K,粒径3.0nm的N_(4)、N_(8)和N_(10)纳米颗粒的熔点为345.92、300.77和223.52K,表明其升华焓和熔点均随纳米尺寸的增大或氮链长度的减小单调增加。能量性质研究结果表明,纳米粒子越小或氮链越长,纳米粒子越不稳定。基于HOMO、LUMO、能隙、表面态和Fukui函数的电子特性研究表明,HOMO能级随尺寸增加而增加,LUMO能级随尺寸增加而减小,能隙随尺寸增加而减小;纳米颗粒的表面态主要局域于五元环形成的π键和叠氮基的π键;小尺寸纳米颗粒比大尺寸具有更高的反应活性。

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来源
《火炸药学报》 |2023年第6期|495-501|共8页
作者
吴小伟; 朱卫华;
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作者单位

爆炸科学与技术国家重点实验室;

南京理工大学化学与化工学院;

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原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类结构化学;
关键词
量子化学; 氮链; 高氮含能材料; 纳米颗粒; 尺寸效应;

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