为探究不同晶型CL-20的热稳定性差异,采用接近热分析实验的600～900K低温条件,利用长时间反应分子动力学ReaxFF MD模拟研究了 4种CL-20晶型(α-、β-、γ-和ε-CL-20)的热分解初始过程,从初始构象转变和热分解动力学性质两方面刻画了不同晶型CL-20热响应的动态过程.结果表明,在较为温和的热刺激条件下,构象转变主导着4种CL-20晶型的初始热响应过程;依据分子构象动态转变可知,分子构象稳定性由高到低依次为:γ＞β≈α＞ε.模拟发现,ε-CL-20晶型受热ε构象可转为γ或ξ-CL-20,y-CL-20晶型受热则发生γ 构象转变为ζ构象,这些构象转变现象均与Russell等实验得到的CL-20相图吻合.模拟结果表明,ε-CL-20晶型热响应过程中早期的构象转变会诱导其分解反应的快速引发;γ-CL-20晶型则相对较为稳定,其构象转变和分解引发均滞后于ε-CL-20晶型;分解反应一旦引发,γ-CL-20晶型热分解的整体反应速率会快于ε-CL-20晶型.从失重和主要化学键断裂的动力学性质来看,ε-CL-20晶型的热稳定性要高于γ-CL-20晶型,这与Nedelko的热重实验结果定性一致.所获得的对热刺激下不同晶型CL-20的动态响应微观机制的认识,表明ReaxFF MD有可能为预测含能材料晶型转变的温度相图提供一种计算方法.

物理化学;CL-20晶型;构象转变;热分解;反应分子动力学

任春醒;李晓霞;牛诗尧;曲文刚;高红旭

中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室,北京100190;中国科学院绿色制造创新研究院,北京100190;中国科学院大学,北京100049;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安710065

火炸药学报

[1]任春醒;李晓霞;牛诗尧;曲文刚;高红旭-.利用反应分子动力学研究CL-20不同晶型热响应的构象转变和初始分解)[J].火炸药学报,2022(06):793-806

900K,Nedelko

反应分子动力学,动力学研究,CL,不同晶型,热响应,构象转变,热稳定性,热分析,低温条件,ReaxFF,MD,热分解动力学,动力学性质,动态过程,热刺激,响应过程,分子构象,动态转变,受热,变现,Russell,相图,分解反应,反应速率,快于,失重,化学键,热重实验,动态响应,微观机制,含能材料,晶型转变,物理化学

0.242918