含硼高能化合物的結構與性能理論研究.pdf

1、高能鈍感是含能材料的發(fā)展方向，也是武器能源領域關注的熱點問題。長期以來，人們改進含能材料的技術途徑有兩大類:一是尋找和合成新的化合物;二是在配方中加入相容性好的高能組分來提高含能材料的能量，同時，通過添加粘結劑、鈍感劑來獲得感度相對較低的混合藥劑配方。無論采取何種途徑獲得新型高能化合物，其設計和合成都是根本所在，相關研究具有重要的理論意義和應用價值。硼由于具有高的燃燒熱值，受到了人們的關注，但硼的反應需要外界供氧，而且此種材料的表面氧化

2、膜在燃爆過程中有較強的阻礙作用，影響了其能量的釋放?；诖藛栴}，本文以設計兼具高熱值、反應迅速、安全性好的含硼高能化合物為目標，利用密度泛函理論對硝基硼烷化合物的幾何結構、成鍵特征、熱力學穩(wěn)定性以及光譜性質等進行理論研究。從理論上設計探索新型高能、鈍感化合物，為新型高能鈍感含能材料的研究提供理論支撐。論文主要研究內容如下:
　　1在密度泛函理論在B3LYP/6-31+G*水平上，對硼氧基取代TNT苯環(huán)上氫原子所得化合物進行幾何結構

3、、熱力學性質以及其前線軌道能級差ΔEgap和Wiberg鍵級進行了理論研究;
　　2在密度泛函理論在B3LYP/6-31+G*水平上，對TNA的硼氧基取代衍生物的幾何結構、熱力學性質以及其前線軌道能級差ΔEgap和Wiberg鍵級進行了理論研究;
　　3采用密度泛函理論在B3LYP/6-31+G*水平上，對TNP硼氧基取代物的鍵長，紅外光譜振動，熱力學性質以及前線軌道能級差ΔEgap和wiberg鍵級進行理論研究;
　

4、　4采用密度泛函理論在B3LYP/6-31+G*水平上，用原子化反應法對硼氫化合物B2H6硝基衍生物的穩(wěn)定性、生成焓和爆熱等參數進行了理論計算;
　　5采用密度泛函理論在B3LYP/6-31+G*水平上，對硼氫化合物B4H2硝基衍生物的穩(wěn)定性、生成焓和爆熱等參數進行了理論計算;
　　6采用密度泛函理論在B3LYP/6-31+G*水平上，對硼氫化合物B5H9硝基衍生物的穩(wěn)定性、生成焓和爆熱等參數進行了理論計算。
　　理論

5、計算結果表明:
　　1 TNT硼氧基衍生物中硼氧鍵為三鍵，C-BO鍵的鍵級為0.86，C-NO2鍵的鍵級為0.90，C-BO鍵的鍵級相對最弱，可能是標題物的熱解或起爆引發(fā)鍵;通過自然軌道分析得出TNT-(BO)2前線軌道能級差值△Egap大于TNT-BO，這表明TNT硼氧基衍生物穩(wěn)定性隨取代基數的增加而增強;通過爆熱計算得知TNT硼氧基衍生物的爆熱明顯大于TNT，由此可推斷，TNT硼氧基衍生物是一種潛在的高爆熱鈍感含能材料;

6、>　　2 TNA硼氧衍生物中硼氧鍵是典型三鍵;通過自然軌道分析在TNA硼氧衍生物中N-H鍵最弱，可能是標題物的熱解或起爆引發(fā)鍵;并且隨著取代基數目的增加，前線軌道能級差ΔEgap增大，表明化合物穩(wěn)定性增強;通過爆熱計算得知TNA硼氧基衍生物的爆熱大于TNA，由此可推斷，TNA硼氧基衍生物是一種潛在的高爆熱鈍感含能材料;
　　3 TNP硼氧衍生物中硼氧鍵是典型三鍵;通過自然軌道分析可知，隨著取代基數目的增加，TNP硼氧衍生物的前線軌

7、道能級差ΔEgap增大，表明化合物的穩(wěn)定性隨取代基數目的增加而增大;TNP硼氧基衍生物的爆熱比TNP爆熱大，而且計算表明硼氧基取代苯環(huán)上氫原子后會使得化合物更加穩(wěn)定，由此可推斷，TNP硼氧基衍生物是一種潛在的高爆熱鈍感含能材料;
　　4采用密度泛函理論研究結果表明，B2H6硝基衍生物的爆壓、爆速隨著硝基數的增加也在增加;自然軌道分析得知B2H2(NO2)4化合物的ΔEgap值為459.27 kJ/mol，接近于TNT、TNA和TN

8、P的硼氧基衍生物的ΔEgap值，說明在B2H6中即使硝基數增加到4個時，所得到的硝基硼烷也是相當穩(wěn)定的，可以作為潛在的新型高能鈍感含能材料使用;
　　5采用密度泛函理論對B4H2硝基衍生物和TNT進行了研究比較，研究結果表明，標題物的理論密度、爆速和爆壓略低，但是爆熱比TNT大很多;自然軌道分析得知B4HNO2和B4(NO2)2沒有B4H2穩(wěn)定，即B4HNO2和B4(NO2)2的感度較大，在使用前可能需要經過降感處理;