Nghiên cứu động lực học phân tử về mối tương quan giữa cấu trúc và độ nhạy của các tinh thể RDX khuyết tật và các PBXs của chúng

Journal of Molecular Modeling - Tập 19 - Trang 803-809 - 2012
Ji Jun Xiao1,2, Song Yuan Li1, Jun Chen3, Guang Fu Ji3, Wei Zhu4, Feng Zhao3, Qiang Wu3, He Ming Xiao1
1Molecule and Material Computation Institution, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, People’s Republic of China
2State Key Laboratory of Explosion Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing, People’s Republic of China
3National Key Laboratory of Shock Wave and Detonation Physics, Institute of Fluid Physics, China Academy of Engineering Physics, Mianyang, People’s Republic of China
4College of Biological, Chemical Science and Engineering, Jiaxing University, Jiaxing, People’s Republic of China

Tóm tắt

Mô phỏng động lực học phân tử đã được áp dụng để điều tra độ nhạy của các tinh thể RDX hoàn hảo và khuyết tật (cyclotrimethylene trinitramine), cũng như các PBXs (chất nổ liên kết polymer) với chất kết dính polymer F2311, trong bộ NPT (số hạt không đổi, áp suất không đổi, nhiệt độ không đổi) sử dụng lực tương tác COMPASS. Năm loại khuyết tật—hai độ trượt, một khoảng trống và hai loại pha tạp—đã được xem xét một cách riêng biệt. Phân phối chiều dài liên kết và chiều dài liên kết tối đa (L max) và chiều dài liên kết trung bình (L ave) của các liên kết kích hoạt N–NO2 trong RDX đã được xác định và mối quan hệ của chúng với độ nhạy của RDX và PBXs được thảo luận. L max được tìm thấy là một thông số cấu trúc quan trọng trong việc đánh giá độ nhạy tương đối, và các khuyết tật được quan sát là có ít ảnh hưởng đến độ nhạy của PBXs, do hiệu ứng giảm độ nhạy mạnh mẽ của polymer F2311.

Từ khóa

#RDX #động lực học phân tử #độ nhạy #PBXs #khuyết tật #cấu trúc

Tài liệu tham khảo

Bowden FP, Yoffe AD (1952) Initiation and growth of explosion in liquids and solids. Cambridge University Press, Cambridge Choi CS, Prince E (1972) The crystal structure of cyclotrimethylenetrinitramine. Acta Cryst B28:2857–2862 Kishore K (1977) Thermal decomposition studies on hexahydro-1,3,5-trinitro-s-triazine (RDX) by differential scanning calorimetry. Propellants Explos Pyrotech 2:78–81 Schwarz RB, Hooks DE, Dick JJ, Archuleta JI, Martinez AR (2005) Resonant ultrasound spectroscopy measurement of the elastic constants of cyclotrimethylene trinitramine. J App Phys 98:056106–056108 Haycraft JJ, Stevens LL, Eckhardt CJ (2006) The elastic constants and related properties of the energetic material cyclotrimethylene trinitramine (RDX) determined by Brillouin scattering. J Chem Phys 124:024712-1–024712-11 Sorescu DC, Rice BM, Thompson DL (1997) Intermolecular potential for the hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-s-triazine crystal (RDX): A crystal packing, Monte Carlo, and molecular dynamics study. J Phys Chem B101:798–808 Xiao JJ, Ji GF, Yang D, Xiao HM (2002) The DFT studies on structure and property of hexahydro-1,3,5-trinitro-2,4,6-triazine. Chin J Struct Chem 21(4):437–441 Swell TD, Bennett CM (2000) Monte Carlo calculations of the elastic moduli and pressure-volume-temperature equation of state for hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine. J Appl Phys 88(1):88–95 Strachan A, Kober EM, Adri CT, Oxgaard J, Goddard WA (2005) Thermal decomposition of RDX from reactive molecular dynamics. J Chem Phys 122:054502-1–054502-10 Boyd S, Gravelle M, Politzer P (2006) Nonreactive molecular dynamics force field for crystalline hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5 triazine. J Chem Phys 124:104508-1–104508-10 Zheng L, Thompson DL (2006) Molecular dynamics simulations of melting of perfect crystalline hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-s-triazine. J Chem Phys 125:084505-1–084505-9 Agrawal PM, Rice BM, Zheng LZ, Thompson DL (2006) Molecular dynamics simulations of hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-s-triazine (RDX) using a combined Sorescu-Rice-Thompson AMBER force field. J Phys Chem B110:26185–26188 Zhu W, Xiao JJ, Zhu WH, Xiao HM (2009) Molecular dynamics simulations of RDX and RDX-based plastic-bonded explosives. J Hazard Mater 164:1082–1088 Sun H (1998) COMPASS: An ab initio force-field optimized for condensed-phase applications—overview with details on alkane and benzene compounds. J Phys Chem B102:7338–7364 Dienes JK, Zuo QH, Kershner JD (2006) Impact initiation of explosives and propellants via statistical crack mechanics. J Mech Phys Solids 54:1237–1275 Borne L, Beaucamp A (2002) Effects of explosive crystal internal defects on projectile impact initiation. In: Short JM (ed) Proceedings of the 12th International Detonation Symposium. The Office of Naval Research, Arlington Balzer JE, Field JE, Gifford MJ, Proud WG, Walley SM (2002) High-speed photographic study of the drop-weight impact response of ultrafine and convention PETN and RDX. Combust Flame 130:298–306 Boyd S, Murray JS, Politzer P (2009) Molecular dynamics characterization of void defects in crystalline (1,3,5-trinitro-1,3,5-triazacyclohexane). J Chem Phys 131(20):204903-1–204903-7 Zhu W, Xiao JJ, Zheng J, Zhao XB, Chen ZE, Xiao HM (2008) A theoretical criterion for sensitivity of energetic composites—molecular dynamics studies on AP/HMX systems at various concentrations and temperatures. Acta Chim Sinica 66(23):2592–2596 (in Chinese) Zhu W, Wang XJ, Xiao JJ, Zhu WH, Sun H, Xiao HM (2009) Molecular dynamics simulations of AP/HMX composite with a modified force field. J Hazard Mater 167:810–816 Kamlet MJ, Adolph HG (1979) The relationship of impact sensitivity with structure of organic high explosives. Propellants Explos Pyrotech 4:30–34 Owens FJ, Jayasuriya K, Abrahmsen L, Politzer P (1985) Computational analysis of some properties associated with the nitro groups in polynitroaromatic molecules. Chem Phys Lett 116:434–438 Mullay J (1987) Relationships between impact sensitivity and molecular electronic structure. Propellants Explos Pyrotech 12:121–124 Zhou TT, Huang FL (2011) Effects of defects on thermal decomposition of HMX via ReaxFF molecular dynamics simulations. J Phys Chem B115:278–287 Xu XJ, Xiao HM, Xiao JJ, Zhu W, Huang H, Li JS (2006) Molecular dynamics simulations for pure є-CL-20 and є-CL-20-based PBXs. J Phys Chem B110:7203–7207 Andersen HC (1980) Molecular dynamics simulations at constant pressure and/or temperature. J Chem Phys 72:2384–2393 Parrinello M, Rahman A (1981) Polymorphic transitions in single crystals: a new molecular dynamics method. J Appl Phys 52:7182–7190 Allen MP, Tildesley DJ (1987) Computer simulation of liquids. Oxford University Press, Oxford Xiao HM, Wang ZY, Yao JM (1985) Quantum chemical study on sensitivity and stability of aromatic nitro explosives. I. Nitro derivatives of aminobenzenes. Acta Chim Sinica 43:14–18 (in Chinese) Xiao HM, Li YF (1995) Banding and electronic-structures of metal azides—sensitivity and conductivity. Sci China B 38:538–545 Sun GX (1984) Polymer blended explosives. National Defense Industry Press, Beijing (in Chinese)