基于5,5'-联四唑-1,1'-二羟基类含能离子盐晶体性能的量化计算与理论研究

摘要

5,5'-联四唑-1,1'-二羟基类含能离子盐是一种综合性能优越的高能量密度化合物，以其高含氮量、高生成焓、爆轰性能良好、爆炸产物绿色无污染等特点引起了相关研究人员的注意，是目前含能材料领域的研究热点之一。 为了研究联四唑含能离子盐结构对性能参数的影响、离子盐晶体的性能对结构规律的反映，以及获得性能更加优越的离子盐共晶，本文通过对18种5,5'-联四唑-1,1'-二羟基含能离子盐进行统一量化计算和分析，并对其晶体分子中的弱相互作用进行分析，根据含能离子盐性能参数的计算依据对结果进行计算处理后得到离子盐的性能参数，以及通过运用分子间位点配对的方法筛选一系列含能化合物的配体，研究所得结论如下： （1）对18种5,5'-联四唑-1,-1'-二羟基含能离子盐的晶体结构和分子结构特征进行分析研究，得到了联四唑含能离子盐的基本结构参数，并且定性分析了含能离子盐结构对性能的影响，即C＝O、C－N、N－N、C－C等化学键类型和数目的增多、氢键的形成、偶极矩的增加和空间位阻的减小，都会使离子盐晶体密度增大； （2）运用Gaussian09等量化软件对18种5,5'-联四唑-1,-1'-二羟基含能离子盐进行相关量化计算，得到18种联四唑含能离子盐的密度、晶格能、晶格焓、生成焓、爆轰参数以及感度等性能参数，同时通过RDG(reduced density gradient)分析法得到每一种含能离子盐的弱相互作用类型和强度，经过分析研究，发现盐15、盐7、盐1、盐6的各项性能参数都比较优越，是18种联四唑含能离子盐中综合性能表现最佳的几种离子盐。定量计算并分析了联四唑含能离子盐结构对性能参数的影响，发现晶体密度随着偶极矩的增大、氢键的增多以及空间位阻的减小而增大。离子盐的感度随着氧平衡数值的减小而降低，以及联四唑含能离子盐的热稳定性随着氢键的形成而提高。 （3）通过对咖啡因、卡马西平、氨基苯甲酸以及琥珀酸共晶及其配体进行分子间最大位点配对能的计算，得到该方法筛选共晶配体的成功率在60%以上，验证了该方法的可靠程度；再通过计算嘧啶-2-胺/戊二酸盐类共晶晶体分子的最大分子间位点配对能，以及黄连素与白杨素盐类共晶、茶碱/吡哆醇盐类共晶及其配体的最大分子间位点配对能，验证了分子间位点配对能筛选离子盐共晶配体的可行性，最后通过计算联四唑含能离子盐——TKX-50（盐1）晶体分子和一系列含能化合物配体晶体的最大分子间位点配对能，预测了TNT等10种晶体可能与TKX-50形成共晶。

目录

声明

1 绪论

1.1 联四唑含能离子盐的研究背景

1.2 联四唑类含能离子盐的研究进展及现状

1.2.1 联四唑类含能化合物的研究现状

1.2.2 联四唑含能离子盐的研究现状

1.3 研究目的和研究意义

1.4 本文的研究内容

2 联四唑含能离子盐晶体的结构研究

2.1 概述

2.2 5,5’-联四唑-1,1’-二羟基含能离子盐的结构特征

2.3 含能离子盐的结构对性能的影响

2.3.1 5,5’-联四唑-1,1’-二羟基含能离子盐的结构对密度的影响

2.3.2 5,5’-联四唑-1,1’-二羟基含能离子盐的结构对热稳定性的影响

2.3.3 5,5’-联四唑-1,1’-二羟基含能离子盐结构对感度的影响

2.4 本章小结

3 联四唑含能离子盐性能的量化研究

3.1 概述

3.2 5,5’-联四唑-1,1’-二羟基含能离子盐性能的理论计算

3.2.1 密度的计算

3.2.2 晶格能和晶格焓的计算

3.2.3 生成焓的计算

3.2.4 爆轰参数的计算

3.2.5 感度和氧平衡的计算

3.2.6 联四唑含能离子盐的弱相互作用分析

3.3 结果讨论及分析

3.4 本章小结

4 联四唑含能离子盐共晶配体的筛选

4.1 概述

4.2 计算方法介绍

4.3 计算结果与讨论

4.3.1 共晶配体筛选的可行性与可靠性研究

4.3.2 TKX-50共晶配体的筛选研究

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢