HMX、RDX在不同溶剂中的晶体习性及其表面性质研究

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晶体形貌对含能材料(Energetic Materials)的性能和应用有着重要的影响。本文采用单晶X射线衍射技术结合旋转成像技术研究硝胺类炸药环四亚甲基四硝胺HMX(High Melting Explosive)在不同溶剂中的结晶形貌。通过测定在丙酮和二甲基亚砜中生长的HMX晶体的密勒指数和各个显露晶面的面积,结合数据处理,根据实际样品形貌建立比例为1:1的3D模型。对于丙酮中生长的HMX晶体,在所有样品上都观察到(011)、(110)和(020)晶面,而(101))晶面只在个别样品上被观测到,其晶体学形态重要性依次为(011)>(110)>(020)>(101))。对于二甲基亚砜中生长的晶体,晶面(011)、(110)、(020)和(101)出现在所有样品上,而(101))只出现在个别样品上,其形态重要性依次为(011)≈(110)>(020)>(101)>(101))。与丙酮相比,二甲基亚砜作为溶剂能显著降低HMX晶体中(110)和(101)面的生长速率,从而显著提高这两个晶面在HMX晶体的晶体学形态重要性。这些实验结论将为HMX的形貌控制提供重要的实验数据参考,并确定了单晶X射线衍射技术能够应用于含能材料结晶形貌研究。在对HMX晶体形貌研究的基础上,采用相同手段验证单晶X射线衍射结合旋转成像技术能够表征炸药环三亚甲基三硝胺RDX(Royal Demolition Explosive)在不同溶剂中的晶体习性,并建立对应的3D晶体模型,测定了 RDX晶体在丙酮和二甲基亚砜中培养出的晶体形貌,标定了各个显露晶面的指向,统计各个晶面的面积并计算出所占总表面积的比值。其中丙酮作为溶剂培养的RDX晶体中晶面占比大小依次为:(102)≈(111)>(021)≈(210)>(020)>(200)>(002),二甲基亚砜作为溶剂培养的RDX晶体(111)和(200)晶面占比相比丙酮有所增加,(210)和(020)晶面占比减小,晶面占比大小分别为:(111)>(102)>(200)>(021)>(002)>(210)>(020),说明二甲基亚砜中 RDX的(111)和(200)晶面的生长速率比在丙酮中更小,(210)和(020)晶面的生长速率更大。使用多级籽晶法分别在丙酮和二甲基亚砜中培养了厘米级HMX单晶,使用椭圆偏振光谱测量了 HMX晶体表面的光学常数,折光率n和消光系数k,并计算出HMX晶体的光学带隙在3.80 eV左右。结果表明HMX晶体(110)和(011)晶面的光学带隙接近,光学性质与晶面指向相关性不大;测定了晶面具备不同程度的缺陷情况时的光学性质,折光率n和消光系数k受缺陷影响较大,但计算得到的光学带隙区别较小。
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