含能化合物性能预测及几种新型化合物的分子设计研究

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1、分类号：TQ560.1单位代码：10110学号：S1504052中北大学硕士学位论文含能化合物性能预测及几种新型化合物的分子设计研究硕士研究生杜黎小松指导教师刘玉存教授学科专业兵器科学与技术2018年6月4日图书分类号TQ560.1密级非密UDC662硕士学位论文含能化合物性能预测及几种新型化合物的分子设计研究杜黎小松指导教师（姓名、职称）刘玉存教授申请学位级别工学硕士专业名称兵器科学与技术论文提交日期2018年6月4日论文答辩日期2018年5月28日学位授予日期________年______月_

2、_____日论文评阅人刘天生张静答辩委员会主席赵芦奎2018年6月4日原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学

3、校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：含能化合物性能预测及几种新型化合物的分子设计研究摘要含能化合物的基础性能参数是评价其能量水平、安全性能的重要指标，是决定其实际应用的重要依据。通过分子设计定制特定化合物，采用适当的理论方法预估其含能水平和安全性质，对于推动该类化合物的实验研究有指导性意义。本文基

4、于热化学原理和质能守恒方程，自行编制了能量性能计算程序；运用量子化学研究方法对硝仿盐和含氟吡嗪衍生物的密度、生成焓、能量性能、安全性能和分子内弱相互作用等进行了理论计算研究。主要包括如下内容：（1）基于最小自由能法和质能守恒方程，通过FORTRAN编写了计算给定压力条件下含能化合物的能量特性和燃烧产物平衡组分的热化学程序；对于硝基类和硝胺类含能化合物，其计算平均误差在5%以内；采用MFC编制了可视化软件EC，内置了热化学程序和Kamlet-Jacobs方程，可以快速预估化合物的能量水平。（2）以硝

5、仿为基础，选取肼基、铵基、胍基、氨基三唑和氨基四唑，设计了4种硝仿离子盐，采用M062X-D3/ma-def2TZVP//M062X-D3/def2SVP方法研究了硝仿盐的理论密度、固相生成焓，采用EC软件预估了其能量性能；运用SAPT/JUN-CC-PVTZ和M062X-D3/JUN-CC-PVTZ方法研究了阴阳离子之间的结合作用，并通过AIM和RDG方法分析阴阳离子间的弱相互作用。研究结果表明：硝仿系离子盐的阴阳离子之间存在多个N-H…O型弱氢键，同时存在范德华排斥作用；静电作用主导了阴阳离子

6、结合，其结合能分布在390-430kJ/mol之间，均具有良好的稳定性；所有盐的密度均在1.81g/cm3之上，爆速均在8.6km/s以上，理论比冲均在2200-2700N•s/kg之内；基于预期指标从5种盐中筛选出两种高能量密度盐，并对其进行了晶型预测。（3）采用了先进的分子设计理念：以含氟官能团取代部分硝基保留氨基和确定适当的取代位让氨基或环上的氢原子与氟、氧原子尽可能形成分子内氢键，设计了10种含氟吡嗪类化合物，对其能量水平、热稳定性和撞击感度进行了理论研究，发现含氟量的增加可有效提高密度，

7、但同时也会显著降低生成焓。所有化合物分子内均存在N-H…O、N-H…F或N-H…N类氢键；对于含能基团相同的化合物，其分子内的氢键数目越多，特性落高值越大；所有化合物的最弱键键离解能均大于120kJ/mol，满足品优含能化合物的热稳定性要求；根据预期指标从中筛选出两种高爆热钝感含氟化合物。关键词：含能化合物，性能预估，分子设计，硝仿盐，含氟吡嗪衍生物PerformancePredictionofEnergeticCompoundsandMolecularDesignResearchofSevera

8、lNovelCompoundsAbstractThebasicperformanceparametersofenergeticcompoundsaresignificantindicatorsforevaluatingtheirenergylevelsandsafetyperformances,andarebasisfordeterminingtheirpracticalapplications.Customizingspecificcompoundthroughmolecular