1、本論文的研究方向是通過經(jīng)典分子動力學(xué)和密度泛函理論方法研究含能材料的高壓行為和光譜學(xué)特性。含能材料在軍事和工業(yè)上都占據(jù)著重要的地位，在炸藥、火藥、火箭推進劑以及民用方面的都有廣泛的應(yīng)用。從分子水平了解其在高壓下結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的變化，研究爆炸機理，則可以減少實驗次數(shù)，縮短研究周期，提高研究效率，降低研究成本。這對炸藥性能評定、新型炸藥的設(shè)計研制及炸藥安全性和有效性評估等具有重要指導(dǎo)價值，是該領(lǐng)域的研究前沿。本論文主要對液相/固相硝基甲烷和氣

2、相/固相TATB進行了動力學(xué)與第一性原理研究，研究涉及到分子結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、振動光譜和狀態(tài)方程等方面，得到的結(jié)果如下。 1.用經(jīng)典分子動力學(xué)方法研究了液態(tài)硝基甲烷的高溫高壓性質(zhì)。選用CHARMM力場參數(shù)與Lenard-Jones勢描述原子間的相互作用。選取的模擬元胞中包含108個分子，進行了60-100次的NPT和NVT經(jīng)典分子動力學(xué)模擬。模擬結(jié)果重新產(chǎn)生了熱力學(xué)性質(zhì)，例如沖擊波速度和粒子速度基本呈線性關(guān)系。但是在稠密的狀態(tài)下，

3、模擬得到的Hugoniot壓強與實驗以及用其他不同的勢能函數(shù)的理論模擬比起來卻偏高。這說明，Lenard-Jones勢能函數(shù)中不再適合描述硝基甲烷高壓下的行為。另外，我們通過二體徑向相關(guān)函數(shù)詳細分析了液體硝基甲烷在不同壓力下的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在高壓下液體硝基甲烷具有明顯的短程結(jié)構(gòu)，排斥力起主導(dǎo)作用，LJ勢能函數(shù)不再適用于高壓模擬。 2.用密度泛函理論(DFT)與廣義梯度近似(GGA)，在0-20GPa的壓力范圍內(nèi)，對固體硝基甲烷的

4、結(jié)構(gòu)、彈性、電子和振動性質(zhì)進行了研究。由于平面波贗勢和廣義梯度近似不能精確的描述分子間的范德華色散力，與實驗比較，常壓下的元胞體積明顯偏大，然而晶格能、體積模量和晶格模式的振動頻率卻偏小。對硝基甲烷分子構(gòu)型和內(nèi)部振動模式的頻率，計算結(jié)果與實驗十分一致。我們發(fā)現(xiàn)，高壓下的單位元胞體積和晶格振動頻率比常壓下更接近實驗值。對于壓強導(dǎo)致的晶格振動模式和內(nèi)部振動模式的頻率漂移，也與實驗基本一致。這些結(jié)果說明，在高壓下，隨著分子間相互作用的增強，第

5、一性原理計算更能精確地描述分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 3.用密度泛函理論和梯度修正考察了TATB氣相和固相的分子結(jié)構(gòu)和振動性質(zhì)。首先，計算得到的晶體分子構(gòu)型與實驗非常一致。另外，計算得到的單分子TATB的紅外光譜，幾乎重新產(chǎn)生了實驗觀測到的紅外光譜的譜峰位置和譜峰強度。固體的振動頻率于實驗吻合的也較好?？偟膩碚f，對于氣相單分子與晶體的分子內(nèi)振動模式，計算結(jié)果都與實驗的一致性很好。氣相與實驗的平均偏差僅僅為1.43﹪；固相與實驗平均偏差為1

6、.47﹪。其次，通過對氣相與固相振動頻率的比較，表明不同振動模式受分子間氫鍵的影響是不同的，有些模式紅移，有些模式藍移。頻率漂移和固相與氣相中分子構(gòu)型的改變是息息相關(guān)的。通過當(dāng)前的對氣相TATB與固相TATB結(jié)構(gòu)與振動性質(zhì)的密度泛函理論研究，有助于理解TATB晶體中分子間相互作用。 4。用第一性原理密度泛函理論，結(jié)合平面波贗勢方法，采用局域密度近似(LDA)和廣義梯度近似(GGA)兩種交換關(guān)聯(lián)函數(shù)計算了TATB晶體在高壓壓縮(0