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1、分類號UDC密級編號碩士學位論文含氮雜環(huán)含能材料的理論研究TheoreticalStudyonNitrogenHeterocyclicEnergeticMaterials學位申請人：梅爭指導教師：李小紅教授一級學科：物理學二級學科：凝聚態(tài)物理學位類別：理學碩士2016年03月萬方數(shù)據(jù)獨創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是我個人在導師指導下完成的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，文中除了特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得河南科技大學或其它教育機構(gòu)的其他學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說
2、明并表示了謝意。研究生簽名：日期：關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解河南科技大學有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校擁有對所有學位論文的復制權(quán)、傳播權(quán)、匯編權(quán)及其它使用權(quán)（特殊情況需要保密的論文應提前說明，但在解密后應遵守此規(guī)定）。需要保密的論文請?zhí)顚懀罕緦W位論文在年月至年月期間需要保密，解密后適用本授權(quán)書。（需要保密的學位論文無須向圖書館提供論文的電子文檔）研究生簽名：導師簽名：日期：萬方數(shù)據(jù)摘要摘要為了尋找新型高效含能材料，本文從呋咱、咪唑、四唑等含氮雜環(huán)和硝基、氨基、疊氮基、硝酸酯等高能取代基入手，在已合成的含能材料的基礎上進行分子設計，研究了不同結(jié)構(gòu)、不同取代基的含能材料的
3、爆轟性能和熱穩(wěn)定性。使用密度泛函理論的B3LYP方法和G2(MP2)方法，對一種大環(huán)呋咱化合物、一系列咪唑類化合物和一系列呋咱-四唑類化合物的分子結(jié)構(gòu)、能量、紅外光譜及振動模式、自然鍵軌道分布和鍵裂解能進行了計算。在此基礎上，運用等鍵反應法、密度修正、升華熱估算和K-J方程，對這些含氮雜環(huán)化合物的生成焓、密度、爆速、爆壓進行了預測，對熱穩(wěn)定性進行了評估，對各含氮雜環(huán)、取代基、橋接基團對含能材料爆轟性能和熱穩(wěn)定性的影響進行了分析。三類物質(zhì)的研究結(jié)果分別揭示了多種含氮雜環(huán)和取代基的性質(zhì)及其相互影響。第一部分的研究表明，呋咱類含能材料DATF在形成大環(huán)后，密度、生成焓都明顯增加，其爆轟性能
4、也得到了提升，超過了PETN。大環(huán)呋咱化合物的最弱鍵是呋咱環(huán)內(nèi)的N-O單鍵，該鍵可能是化合物熱解時首先斷裂的鍵。第二部分關(guān)于一系列咪唑類含能材料的研究表明，硝基咪唑類含能材料DNTNDI的爆轟性能與HMX相近。硝基和硝酸酯取代基能夠增強咪唑類含能材料的爆轟性能，但強電負性的取代基的誘導效應會降低咪唑類含能材料的穩(wěn)定性。咪唑上的N原子與硝基、氨基和疊氮基連接鍵的裂解能最小。對于硝酸酯取代的目標化合物，二氧雜環(huán)內(nèi)的C-O鍵的裂解能最小。第三部分對一系列呋咱-四唑類含能材料的研究表明，呋咱環(huán)和四唑環(huán)與高能取代基和橋接基團結(jié)合時，能成為爆轟性能和熱穩(wěn)定性俱優(yōu)的高效含能材料。引入疊氮基能夠明顯
5、增加咪唑和四唑類含能材料的生成焓。橋接基團-O-能夠提高呋咱-四唑類含能材料的密度，而-N=N-能夠提高爆熱。硝酸酯和硝基分別是最有利于增加bis(1H-tetrazol-5-yl)furazan類和bis(1H-tetrazol)類化合物爆轟性能的取代基。在35種呋咱-四唑類含能材料中，17種化合物的爆轟性能超過了RDX，8種化合物的爆速超過了HMX，其中5種的爆壓超過了HMX。另一方面，熱穩(wěn)定性的分析表明，取代基-C(NO2)3能再最大程度上增加呋咱-四唑類含能材料的熱穩(wěn)定性，而-NO2取代物的熱穩(wěn)定性則低于-N3,-ONO2,-C(NO2)3的取代物和不取代的呋咱-四唑類化合物
6、，但仍高于RDX和HMX的熱穩(wěn)定性。在取代過的呋咱-四唑類含能材料中，取代基與四唑環(huán)連接處的鍵裂解能最小。總之，經(jīng)過對三類含氮雜環(huán)含能材料的理論研究，本文找出了若干有潛力的高效含能材料，并對性能機理進行了分析。這些理論分析為含氮雜環(huán)呋咱、咪唑I萬方數(shù)據(jù)摘要和四唑類含能材料的實驗研究提供了部分理論依據(jù)，未來可能有助于含氮雜環(huán)含能材料的理論和實驗研究。關(guān)鍵詞：含能材料；呋咱；咪唑；四唑；爆速；爆壓；熱穩(wěn)定性論文類型：應用基礎研究選題來源：國家自然科學基金項目(GrantU1304111)II萬方數(shù)據(jù)ABSTRACTABSTRACTInordertoexplorenewhigh-perfo
7、rmanceenergeticmaterials,thedetonationpropertiesandthermalstabilitiesofdesignednitrogenheterocyclicenergeticmaterialswithdifferentstructureanddifferentsubstituentgroupswerestudied.Thedesignednewnitrogenheterocycliccompoundswerebas
