张凯华-开题报告.ppt

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1、纳米硅橡胶与含能材料间的相互作用报告人:张凯华导师:董晓报告内容研究意义和研究现状研究内容和方案研究进度及预期研究成果目前进展研究意义硅橡胶是一种直链状的高分子量的聚有机硅氧烷，其结构通式为:通式中，n代表链段数，R’是烷基或羟基，R通常是甲基。特点：吸附性能高热稳定性好化学性质稳定机械强度较高等研究意义不同纳米材料对硅橡胶的改性复合使其具有更高的性能，如利用纳米SiO2可以增强硅橡胶的拉伸强度、撕裂强度、扯断伸长率等力学性能。纳米硅橡胶具有纳米级的开放孔道，孔道表面亲/疏水性质的灵活控制，不但可以方便的修饰孔道表面，也使其可以容纳不同种类的

2、客体分子，形成性能各异的复合材料，构成各种应用研究所需要的基本条件。因此，纳米硅橡胶的这种结构特点决定了它极易与其它材料相融合。研究意义含能材料通常是指包含有硝基、叠氮基团等的有机分子。特点：发生化学反应时，反应迅速，放出大量热，且在高温下形成气体产物。当前主要的含能材料有TNT、HMX、RDX、TATB、CL-20、TNAZ、MATB等研究意义为了提高含能材料的性能或为实现某一特殊性能，通常需要将含能材料与其它材料进行复合。复合的方式多种多样，如：1）为了改善和提高超细含能材料的实际使用效果，可以通过对纳米含能材料颗粒进行包覆制备核-壳型复

3、合材料；2）为了降低某些高能炸药的感度，需要加入惰性组分，可通过采用溶胶-凝胶法制备既含有高能炸药，又具有网络状惰性骨架的含能复合材料；3）另外，还有一种特殊途径：通过选择多孔性骨架为主体，然后向骨架中引入客体的方式制备含能复合材料。研究意义纳米硅橡胶与含能材料存在结构上的关联。如纳米硅橡胶一般并不含有能量，但结构高度有序；而含能材料通常具有较高的能量密度，但结构有序度差。因此，不但存在两种材料关联的可能性，而且它们的复合将有可能产生综合性能优良的复合材料。研究方法的选择能够揭示含能材料性能的微观本质实验研究成本昂贵研究周期长环境友好性差计算

4、与模拟研究方法的选择计算研究的意义1.通过对含能材料的计算模拟可以得到如下性质:生成热、键能和反应能、分子(或晶体)的能量和结构(热化学稳定性)、过渡态的能量和结构(活化能)、反应路径以及动力学和机理、分子中的电荷分布(反应点)、取代效应、振动频率等。2.对这些性质的预测，在含能材料中具有很多实用价值，如:可以研究合成路径、反应产物以及爆轰引发的机理等。3.减少实验次数，缩短研究周期，提高研究效率，降低研究成本等。研究方法的选择对含能材料的计算研究涉及的时间和空间尺度涵盖了从ps→ms，nm→mm没有一种计算方法能适用于这样广泛的尺度范围多尺

5、度方法—利用不同模拟方法从多个尺度进行研究选题依据分子力场（forcefield）非反应力场（non-reactiveFF）反应力场（ReaxFF）如CHARMM、AMBER、GROMACS势函数不能描述键的生成与断裂键级（bondorder）能描述键的生成与断裂适合描述高温高压下凝聚态化合物体系利用量子化学计算、ReaxFF和分子动力学方法在微观的电子和原子尺度上进行研究研究现状翟云龙和董晓（待发表）通过ReaxFFMD研究了TNAZ/JUPSES共熔物的相图和热力学性能，计算结果与实验值符合得较好。KimberlyChenowethand

6、Goddard等（2005）使用ReaxFF来模拟聚二甲基硅氧烷（PDMS）的热分解过程，通过增加一系列QM数据到ReaxFF中来描述PDMS中的Si-C、Si=C以及含Si-C的键角的相对能，生成了一个适合描述PDMS分解的ReaxFF，用这个力场来研究温度和压力对PDMS稳定性的影响。另外，还研究了几种添加剂如水、SiO2、O3和NO对PDMS稳定性的影响。所有的结果与有效的实验数据相一致，证实了ReaxFF为研究聚合物的稳定性提供了有用的计算工具。研究现状PhilipT.Shemella等(2011)使用大规模的原子模拟，描述了一个以P

7、DMS为基础的非晶态的混合材料在原子水平上的分子运动。模拟结果表明，局部特性有助于增强以局部结构和静电环境为特点的分子运动，在此基础上，由合适的扩散性质组成的分子可以用来设计并提高材料的性能。ZhangandGoddard等(2009)通过ReaxFFMD研究了TATB和HMX的热分解。在TATB和HMX的热分解中有碳团簇形成，而二者生成的碳团簇差别很大，TATB会快速产生大的碳团簇，而HMX的热分解几乎只产生小的含碳产物，研究表明了运用ReaxFF的分子动力学模拟可以从微观上给出含能材料热分解的机制。研究现状VanDuin和Goddard等

8、（2005）还用ReaxFF研究了其他系统的反应过程：有机反应；含能材料（EMs）的反应，比如像在极端条件下RDX以及HMX的反应；临时爆炸装置的分解，比如TATP