冲击压缩下液态硝基甲烷的拉曼光谱研究

摘要

关于含能材料在冲击波作用下的微观动力学问题的研究一直是各国学者的研究热点，同时对于研究者来说也是一个更具挑战性的研究课题。尽管人们在含能材料的稳定性与宏观特性等方面的研究上取得了较大进展，但对其在高温高压条件下的冲击起爆过程与微观反应机制方面的了解甚少。因此，探究含能材料在冲击压缩下的微观动力学变化是必不可少的。硝基甲烷是其中分子结构最为简单的有机含能材料，可作为其他含硝基衍生物的研究模型，一直是开展炸药冲击起爆问题研究的首选体系，因此关于它在冲击压缩下动力学问题的研究也历来是多数含能材料研究者所关注的焦点。
　　本论文的实验研究是在二级轻气炮加载装置的实验平台上完成的，结合使用高灵敏度瞬态激光拉曼光谱在线探测技术对液态硝基甲烷在单次冲击压缩下的拉曼光谱变化进行了实时在线观测。常态下，硝基甲烷有三个较强的拉曼振动峰（称之为拉曼特征峰），分别为:CN伸缩振动(917cm-1)，NO2/CH3伸缩振动/弯曲振动(～1400cm-1)，CH3伸缩振动(2968cm-1)，实验中通过观测这三个拉曼特征峰的峰形随着冲击压力的升高而产生的变化，来获得硝基甲烷样品在单次冲击压缩下的分子结构变化信息。在本实验研究中，我们利用拉曼光谱在线探测技术首次观测到了硝基甲烷在12.3GPa高压力下的冲击拉曼光谱，这是在硝基甲烷单次冲击拉曼光谱实验研究领域内的一个重大突破。实验研究发现，在7.9GPa～12.3GPa的压力区间内，CN振动峰与CH3振动峰的拉曼频移随着压力的升高而呈现单调递增的变化趋势，NO2/CH3重叠振动峰未出现明显的频移，振动峰的频移量与其相应的振动模式密切相关;所有拉曼特征峰的峰宽与峰强也都随着压力的升高而出现了展宽、增强或减弱的现象，但此压力下并未出现化学变化产生的迹象。这一结果表明了硝基甲烷在12.3GPa以下的冲击压力下没有发生化学变化，还保持着其分子结构的稳定性，由此解决了早期关于硝基甲烷化学变化问题存在的争议。根据实验结果可推断出液态硝基甲烷的冲击分子结构变化是由样品中的压力与温度的共同作用而决定的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及其意义

1．2 硝基甲烷的冲击拉曼光谱研究现状

1．3 拉曼散射及拉曼光谱技术发展的简介

1．3．1 拉曼散射的形成

1．3．2 拉曼光谱测量技术的发展

1．4 存在的问题及解决思路

1．5 本文研究内容以及章节安排

1．5．1 主要研究内容

1．5．2 本文章节安排

第2章 轻气炮动态加载的实验原理与技术

2．1 二级轻气炮的工作原理

2．2 飞片速度的测量原理

2．3 飞片与样靶正碰的冲击压缩过程

2．3．1 飞片与基板的碰撞

2．3．2 样品的冲击压缩过程

2．4 样品材料的设计原则

2．4．1 样品的宽厚比

2．4．2 样品的追赶比

第3章 动态加载下瞬态激光拉曼光谱技术

3．1 激光拉曼光谱仪的介绍

3．2 冲击加载下拉曼在线测量系统

3．2．1 在线测量系统的组成

3．2．2 动态拉曼在线测量的工作原理

3．2．3 测试系统与加载系统的同步

3．2．4 技术改进

3．3 靶架的调整与样品循环

3．3．1 靶架的调整

3．3．2 液体样品的循环

第4章 液态硝基甲烷的拉曼光谱特性研究

4．1 液态硝基甲烷的基本性质

4．2 实验所需材料的相关参数

4．3 冲击压缩后液态硝基甲烷的拉曼光谱分析及结果讨论

4．3．1 常态下硝基甲烷的拉曼光谱

4．3．2 样品的冲击拉曼光谱

4．3．3 实验结果讨论

全文总结与展望

全文总结

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文