高氮链状含能纳米颗粒尺寸效应的理论研究

摘要：

为了揭示凝聚态炸药的尺寸效应对炸药稳定性和感度的影响机制,采用DFTB和DFT方法,研究了不同氮链长度含能材料N4、N8和N10的纳米颗粒、单分子和晶体的能量及电子特性.结果表明,粒径0.6nm的N4、N8和N10纳米颗粒的额外能为99.18、95.90和93.56kJ/mol,粒径3.0nm的N4、Na和N10纳米颗粒的额外能为40.39、34.20和29.20kJ/mol,表明其额外能随粒径或氮链长度增加而减小;粒径1.2nm的N4、Na和N10纳米颗粒的表面能为 108.35、101.44 和 98.36mJ/m2,粒径 1.4nm 的 N4、N8 和 N10 纳米颗粒的表面能为 115.08、102.22 和 93.48 mJ/m2,表明其表面能随氮链长度增加而减小,而随粒径增加无规律变化;粒径0.8nm的N4、N8和N10纳米颗粒的升华焓为21.87、20.99 和 20.54kJ/mol,粒径 2.0nm 的 N4、N8 和 N10纳米颗粒的升华焓为 1 416.02、1 607.58 和 1 571.87kJ/mol,粒径1.8nm的N4、N8和N10纳米颗粒的熔点为2.90、3.79和8.52K,粒径3.0nm的N4、N8和N10纳米颗粒的熔点为345.92、300.77和223.52K,表明其升华焓和熔点均随纳米尺寸的增大或氮链长度的减小单调增加.能量性质研究结果表明,纳米粒子越小或氮链越长,纳米粒子越不稳定.基于HOMO、LUMO、能隙、表面态和Fukui函数的电子特性研究表明,HOMO能级随尺寸增加而增加,LUMO能级随尺寸增加而减小,能隙随尺寸增加而减小;纳米颗粒的表面态主要局域于五元环形成的π键和叠氮基的π键;小尺寸纳米颗粒比大尺寸具有更高的反应活性.

关键词：量子化学、氮链、高氮含能材料、纳米颗粒、尺寸效应

所属期刊栏目：46

分类号：TJ55;O641(爆破器材、烟火器材、火炸药)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-07-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：495-501