【摘 要】
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在含能材料领域,二硝酰胺铵(ADN)作为推进剂的理想氧化剂具有能量密度高、毒性低且不含卤族元素的特点,可以提高推进剂理想比冲,满足环境友好、低特征信号的要求。但其较高的吸湿率严重影响着推进剂的工艺及力学性能。研究发现,ADN可以与18-冠醚-6(18-Crown-6)或吡嗪-1,4-二氧化物(PDO)形成共晶,不仅吸湿率明显降低且可以实现氧平衡为0的理想状态,所以氧化剂共晶有望取代单质应用于固体推
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在含能材料领域,二硝酰胺铵（ADN）作为推进剂的理想氧化剂具有能量密度高、毒性低且不含卤族元素的特点,可以提高推进剂理想比冲,满足环境友好、低特征信号的要求。但其较高的吸湿率严重影响着推进剂的工艺及力学性能。研究发现,ADN可以与18-冠醚-6（18-Crown-6）或吡嗪-1,4-二氧化物（PDO）形成共晶,不仅吸湿率明显降低且可以实现氧平衡为0的理想状态,所以氧化剂共晶有望取代单质应用于固体推进剂中。本文通过分子模拟技术,运用密度泛函理论和分子动力学理论对ADN及其共晶ADN/18-Crown-6、ADN/PDO进行研究,为深入了解ADN晶体结构和性质、含ADN共晶的制备及其在固体推进剂中的应用提供思路和理论指导。本文具体研究内容如下:（1）基于密度泛函理论,对ADN晶胞进行几何优化,以此为基础,计算并分析其能带结构、态密度、电荷密度、弹性常数和介电函数,深入研究ADN的电子结构、力学性质及光学性质。分析表明ADN是一种直接带隙材料。O、H原子在晶体中有较高的活性。NH4+中的H-N键的强度较弱,H原子易与空气中的水分子水解,使ADN表面羟基化,造成ADN的吸湿和结块。弹性常数满足单斜晶系材料弹性稳定性的判定标准。体积模量K与剪切模量G之比超过1.75,ADN具有较好的延展性。ADN的静态介电函数?（0）=3.59,静态折射率n（0）=1.89,反射率在5.09 eV时达到最高值0.31,吸收系数在能量为4.75 eV时达到最大值1×105 cm-1。（2）在氧化剂共晶的制备过程中,溶剂可以改变晶体形貌,导致氧化剂共晶性能发生变化,最终影响其在推进剂中的应用。基于分子动力学理论,构建了氧化剂共晶ADN/18-Crown-6与乙醇溶剂的界面吸附模型,深入研究乙醇溶剂与ADN/18-Crown-6共晶的相互作用以及乙醇溶剂对ADN/18-Crown-6晶体形貌的影响。结果表明,ADN/18-Crown-6共晶体在真空中有（1 1 0）,（2 0 0）,（0 0 2）,（2 0-2）四个主要生长面。低温时,ADN与18-Crown-6的结合更稳定,乙醇分子更容易附着在共晶生长面上。ADN/18-Crown-6与乙醇溶剂间存在氢键相互作用,且温度越低,相互作用越强。乙醇溶剂在（2 0 0）和（0 0 2）面有着更大的扩散系数。利用修正附着能模型预测的303 K时的ADN/18-Crown-6共晶的形貌与实验结果一致,且在293 K的形貌接近于球形,所以推测在293 K制备得到的ADN/18-Crown-6共晶更适合应用于推进剂中,进而使推进剂获得更优性能。（3）ADN/18-Crown-6因具有较低的吸湿率有望代替ADN在推进剂中使用,运用分子动力学模拟方法研究了ADN/18-Crown-6与推进剂常用粘结剂的相容性,探索ADN/18-Crown-6在推进剂中的应用。同时,还拓展研究了氧化剂共晶ADN/PDO与粘结剂的相容性。分别构建两个氧化剂共晶与HTPB、PEG和GAP粘结剂的共混体系模型,模拟并计算上述纯物质及共混体系的溶度参数、结合能、径向分布函数和力学性能,分析推进剂组分间的相容性。通过计算溶度差得到氧化剂共晶均与粘结剂HTPB相容,与PEG不相容,ADN/18-Crown-6与GAP不相容,而ADN/PDO与GAP相容。结合能计算结果表明两种氧化剂共晶与HTPB相容性较好,更能形成稳定的推进剂体系,分子间相互作用较大且作用方式为氢键相互作用。ADN/18-Crown-6与粘结剂HTPB构成的混合体系具有更好的延展性。
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