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1、納米硅橡膠與含能材料間的相互作用報告人:張凱華導師:董曉報告內容研究意義和研究現狀研究內容和方案研究進度及預期研究成果目前進展研究意義硅橡膠是一種直鏈狀的高分子量的聚有機硅氧烷，其結構通式為:通式中，n代表鏈段數，R’是烷基或羥基，R通常是甲基。特點：吸附性能高熱穩(wěn)定性好化學性質穩(wěn)定機械強度較高等研究意義不同納米材料對硅橡膠的改性復合使其具有更高的性能，如利用納米SiO2可以增強硅橡膠的拉伸強度、撕裂強度、扯斷伸長率等力學性能。納米硅橡膠具有納米級的開放孔道，孔道表面親/疏水性質的靈活控制，不但可以方便的修飾孔道表面，也使其可以容納不同種類的
2、客體分子，形成性能各異的復合材料，構成各種應用研究所需要的基本條件。因此，納米硅橡膠的這種結構特點決定了它極易與其它材料相融合。研究意義含能材料通常是指包含有硝基、疊氮基團等的有機分子。特點：發(fā)生化學反應時，反應迅速，放出大量熱，且在高溫下形成氣體產物。當前主要的含能材料有TNT、HMX、RDX、TATB、CL-20、TNAZ、MATB等研究意義為了提高含能材料的性能或為實現某一特殊性能，通常需要將含能材料與其它材料進行復合。復合的方式多種多樣，如：1）為了改善和提高超細含能材料的實際使用效果，可以通過對納米含能材料顆粒進行包覆制備核-殼型復
3、合材料；2）為了降低某些高能炸藥的感度，需要加入惰性組分，可通過采用溶膠-凝膠法制備既含有高能炸藥，又具有網絡狀惰性骨架的含能復合材料；3）另外，還有一種特殊途徑：通過選擇多孔性骨架為主體，然后向骨架中引入客體的方式制備含能復合材料。研究意義納米硅橡膠與含能材料存在結構上的關聯。如納米硅橡膠一般并不含有能量，但結構高度有序；而含能材料通常具有較高的能量密度，但結構有序度差。因此，不但存在兩種材料關聯的可能性，而且它們的復合將有可能產生綜合性能優(yōu)良的復合材料。研究方法的選擇能夠揭示含能材料性能的微觀本質實驗研究成本昂貴研究周期長環(huán)境友好性差計算
4、與模擬研究方法的選擇計算研究的意義1.通過對含能材料的計算模擬可以得到如下性質:生成熱、鍵能和反應能、分子(或晶體)的能量和結構(熱化學穩(wěn)定性)、過渡態(tài)的能量和結構(活化能)、反應路徑以及動力學和機理、分子中的電荷分布(反應點)、取代效應、振動頻率等。2.對這些性質的預測，在含能材料中具有很多實用價值，如:可以研究合成路徑、反應產物以及爆轟引發(fā)的機理等。3.減少實驗次數，縮短研究周期，提高研究效率，降低研究成本等。研究方法的選擇對含能材料的計算研究涉及的時間和空間尺度涵蓋了從ps→ms，nm→mm沒有一種計算方法能適用于這樣廣泛的尺度范圍多尺
5、度方法—利用不同模擬方法從多個尺度進行研究選題依據分子力場（forcefield）非反應力場（non-reactiveFF）反應力場（ReaxFF）如CHARMM、AMBER、GROMACS勢函數不能描述鍵的生成與斷裂鍵級（bondorder）能描述鍵的生成與斷裂適合描述高溫高壓下凝聚態(tài)化合物體系利用量子化學計算、ReaxFF和分子動力學方法在微觀的電子和原子尺度上進行研究研究現狀翟云龍和董曉（待發(fā)表）通過ReaxFFMD研究了TNAZ/JUPSES共熔物的相圖和熱力學性能，計算結果與實驗值符合得較好。KimberlyChenowethand
6、Goddard等（2005）使用ReaxFF來模擬聚二甲基硅氧烷（PDMS）的熱分解過程，通過增加一系列QM數據到ReaxFF中來描述PDMS中的Si-C、Si=C以及含Si-C的鍵角的相對能，生成了一個適合描述PDMS分解的ReaxFF，用這個力場來研究溫度和壓力對PDMS穩(wěn)定性的影響。另外，還研究了幾種添加劑如水、SiO2、O3和NO對PDMS穩(wěn)定性的影響。所有的結果與有效的實驗數據相一致，證實了ReaxFF為研究聚合物的穩(wěn)定性提供了有用的計算工具。研究現狀PhilipT.Shemella等(2011)使用大規(guī)模的原子模擬，描述了一個以P
7、DMS為基礎的非晶態(tài)的混合材料在原子水平上的分子運動。模擬結果表明，局部特性有助于增強以局部結構和靜電環(huán)境為特點的分子運動，在此基礎上，由合適的擴散性質組成的分子可以用來設計并提高材料的性能。ZhangandGoddard等(2009)通過ReaxFFMD研究了TATB和HMX的熱分解。在TATB和HMX的熱分解中有碳團簇形成，而二者生成的碳團簇差別很大，TATB會快速產生大的碳團簇，而HMX的熱分解幾乎只產生小的含碳產物，研究表明了運用ReaxFF的分子動力學模擬可以從微觀上給出含能材料熱分解的機制。研究現狀VanDuin和Goddard等
8、（2005）還用ReaxFF研究了其他系統(tǒng)的反應過程：有機反應；含能材料（EMs）的反應，比如像在極端條件下RDX以及HMX的反應；臨時爆炸裝置的分解，比如TATP
