【摘 要】
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NTO是一种能量高,感度低的含能材料,其能量与黑索金（RDX）相当,感度却明显优于HMX和RDX,但NTO的酸性限制了其实际应用。而熔铸炸药中各组分相互包覆,会减少单质NTO的裸露机会,抑制NTO的酸性。因此需要对含NTO熔铸炸药的结构和性能进行研究以提高含NTO熔铸炸药的安全性和可靠性。研究炸药分子间相互作用是解决炸药组分间物理与化学问题的关键手段之一。本文利用量子化学和分子动力学的方法,对含N
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NTO是一种能量高,感度低的含能材料,其能量与黑索金（RDX）相当,感度却明显优于HMX和RDX,但NTO的酸性限制了其实际应用。而熔铸炸药中各组分相互包覆,会减少单质NTO的裸露机会,抑制NTO的酸性。因此需要对含NTO熔铸炸药的结构和性能进行研究以提高含NTO熔铸炸药的安全性和可靠性。研究炸药分子间相互作用是解决炸药组分间物理与化学问题的关键手段之一。本文利用量子化学和分子动力学的方法,对含NTO的熔铸炸药组分间存在的相互作用进行研究,总体上加深对熔铸炸药结构与物性的认识,揭示不同熔铸载体与NTO炸药间的作用机理,并为炸药配方设计提供理论依据和指导。本文具体研究内容如下:（1）基于密度泛函理论方法（DFT）研究了钝感炸药3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮（NTO）和2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物（LLM-105）在TNT基熔铸炸药中的分子间相互作用。对NTO/LLM-105复合物的结构进行了优化。使用熔融态的2,4,6-三硝基甲苯（TNT）作为隐性溶剂进行校正,优化了五个稳定的结构。采用密度梯度（RDG）分析法分析了分子间相互作用的类型和分布,并通过CVB研究了氢键的强度。结果表明,NTO和LLM-105之间的分子间作用以N-HO型氢键为主,最强的氢键是NTO分子中的氢原子（H6）和LLM-105分子中的氧原子（O13）之间。分子间氢键强度的排序为结构Ⅰ＞结构Ⅱ＞结构Ⅳ＞结构Ⅲ＞结构Ⅴ,分子间氢键强度也决定了结构的稳定性。很明显,结构Ⅰ是最稳定的。（2）在熔铸炸药体系中,熔铸载体对其性能也有着决定性的影响。熔铸炸药中常以TNT作为其载体炸药,但TNT存在的缺点使得寻找可替代TNT的熔铸炸药已经引起了广泛的研究。为了探究NTO与熔铸炸药载体间的相互作用,基于密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G（d,p）基组水平下对TNT/NTO、DNP/NTO、MTNP/NTO体系进行了计算分析。研究分子间弱相互作用的类型、位置和强度。其中DNP/NTO复合物结构在三者体系中稳定性最强,DNP/NTO复合物结构中不仅存在O…H类型的氢键又存在N…H类型的氢键,使得体系更加稳定。H…O类型氢键的相互作用强于H…N类型氢键的相互作用。而MTNP/NTO复合物的稳定性又优于TNT/NTO复合物的稳定性。当体系中有与硝基上的氧原子产生氢键相互作用时,其硝基电荷就会减少,电荷在O…H键中向氢发生偏移。这使得TNT/NTO、DNP/NTO、MTNP/NTO复合物结构的感度均呈下降趋势。（3）利用分子动力学的方法对NTO与熔铸炸药载体的界面间相互作用进行理论研究。通过结合能、径向分布函数、质量密度分析研究了在NTO的晶体重要生长面在TNT/NTO、DNP/NTO、MTNP/NTO界面的相容性和稳定性。在NTO晶体的（1 0 0）、（1 0-2）（1 1-1）界面上,其（1 0 0）界面处的NTO与熔铸载体的结合能最大,其界面的稳定性相对最强。对相同NTO主要生长面处,DNP为熔铸载体的含NTO炸药其体系更稳定,相容性也相对最佳。NTO与DNP界面之间主要为NTO分子的O原子与DNP上的H原子形成的氢键。整体上,验证了DNP和MTNP可作为熔铸炸药载体,加入含NTO的熔铸炸药的配方设计中。其中DNP的稳定性最佳。
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