空位缺陷对CL-20/TNT共晶THz光谱影响的分子动力学研究

摘要

通过共结晶的方式来改善炸药的物化性能已成为含能材料领域的研究热点.共晶炸药的形成主要依靠范德华力、氢键、π-π堆积等弱的分子间相互作用力,而这些相互作用的能级跃迁正好位于太赫兹(THz)谱的检测范围.本文以CL-20/TNT共晶炸药作为研究对象,建立含不同空位浓度的CL-20/TNT共晶模型,对其THz谱进行理论模拟及解析,探讨空位缺陷对CL-20/TNT共晶THz谱的影响.结果表明,空位缺陷导致CL-20/TNT共晶晶体结构松弛,晶体场效应减弱,孔洞表面或附近的分子排列混乱,且CL-20分子易发生β→ε的构象转变.对不同空位浓度CL-20/TNT共晶THz光谱的分析发现,随着空位浓度增加,CL-20/TNT共晶0.5THz以下的低频吸收峰大大增强,这是由晶体场效应减弱,晶格振动增强所致.完美单晶中对应于CL-20和TNT分子间C-H…O氢键弯曲振动和伸缩振动的三个强吸收峰,0.87、1.60以及1.85THz,在空位浓度大于5％时,其强度大大减弱甚至消失,且THz光谱已完全不同于完美单晶.其主要原因为,随着空位浓度的增加,CL-20/TNT共晶中的C-H…O氢键网络受到破坏.