论文摘要
分子间的弱相互作用决定了含能材料中分子的堆积与排列,也与其安全和力学性能密切相关。在设计、合成和研制新型含能材料的过程中,首先必须对包括分子间相互作用研究在内的基础研究予以高度重视,从而能事先预测炸药的晶体结构、能量、力学等重要性质,以便更有效、更经济地寻找理想的含能材料。本文运用密度泛函理论（DFT）、二级Mφller-Plesset微扰理论（MP2）、对称性匹配微扰理论（SAPT）与渐近修正的密度泛函理论相结合的方法（SAPT（DFT））,研究了（Z）-2-硝基乙烯胺、FOX-7、α-NTO、N-甲硝胺、二甲硝胺（DMNA）、四硝基四氮杂双环辛烷（双环-HMX）和二硝基氧化偶氮呋咱（DNOAF）二聚或多聚含能体系分子间作用的本质,求得静电、交换排斥、色散和诱导力等分子间作用力。基于自然键轨道（NBO）及分子中原子（AIM）理论方法,分析了相关体系中分子间氢键作用的本质与强度、分子间电荷的转移,探讨了分子间作用对红外振动光谱的影响。在振动分析与统计热力学方法的基础上,给出了在标准状态（298.15K,latm）下,这些含能化合物单体及二聚体的热力学性质。基于对上述含能体系分子间作用本质的理解和认识,从理论上获取了与实验结果相一致的α-环三甲撑三硝胺（α-RDX）、双环-HMX的晶胞结构。预测了DNOAF分子的晶体堆积方式,并在此基础上计算了其晶体的主要性能和爆轰性能。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 前言1.2 分子间相互作用的研究背景1.3 分子间相互作用的研究方法1.4 分子间相互作用的计算方法概述1.4.1 超分子方法1.4.1.1 Mφller-Plesset微扰理论1.4.1.2 密度泛函理论1.4.2 分子间微扰方法1.4.2.1 对称性匹配微扰理论1.5 分子间相互作用研究常用的分析方法1.5.1 自然键轨道分析方法1.5.2 分子中原子理论1.6 论文的研究内容和方法第二章 （Z）-2-硝基乙烯胺气相与晶体中的分子间作用2.1 计算方法概述2.2 计算结果与讨论2.2.1 （Z）-2-硝基乙烯胺二聚体2.2.1.1 几何构型与原子电荷转移2.2.1.2 振动频率分析及其位移2.2.1.3 氢键作用本质与强度2.2.1.4 热力学性质2.2.1.5 晶体中二聚体的分子间力及其 DFT适用性2.2.1.6 优化构型的三种二聚体的作用能及能量分割2.2.2 （Z）-2-硝基乙烯胺三聚体2.2.2.1 氢键键长2.2.2.2 振动频率分析2.2.2.3 氢键强度的分析2.2.2.5 作用能2.2.3 （Z）-2-硝基乙烯胺四聚体2.3 小结第三章 FOX-7二聚体性能及分子间作用本质3.1 计算细节3.2 计算结果与讨论3.2.1 几何构型与原子电荷转移3.2.2 振动频率及其位移3.2.3 自然键轨道分析3.2.4 键鞍点电子密度3.2.5 晶体中二聚体的分子间力及其 DFT适用性3.3 小结第四章 两种杂环类含能化合物二聚体的性能及作用能分割4.1 α-NTO的分子间作用能分割4.1.1 计算方法概述4.1.2 计算结果与讨论4.1.2.1 二聚体的几何构型变化与电荷转移4.1.2.2 振动频率分析及其位移4.1.2.3 自然键轨道分析4.1.2.4 电子密度分析4.1.2.5 相互作用能4.1.2.6 晶体中二聚体的SAPT（DFT）作用能分割4.1.3 小结4.2 氧化呋咱二聚体的相互作用4.2.1 计算方法概述4.2.2 计算结果与讨论4.2.2.1 几何构型与原子电荷转移4.2.2.2 振动频率分析及其位移4.2.2.3 自然键轨道分析4.2.2.4 电子密度的拓扑分析4.2.2.5 渐近修正的 SAPT（DFT）方法计算作用能分割4.2.3 小结第五章 二硝基氧化偶氮呋咱炸药分子的理论研究和晶体性能预测5.1 DNOAF分子的理论计算5.2 DNOAF分子间的色散、排斥、静电和范德华作用5.3 晶体结构及其性能预测5.4 小结第六章 硝胺类炸药分子间相互作用及晶体结构预测6.1 计算方法概述6.2 计算结果与讨论6.2.1 N-甲基硝胺6.2.1.1 几何构型与原子电荷转移6.2.1.2 N-H键及C-H键伸缩振动频率分析6.2.1.3 氢键的NBO和AIM分析6.2.1.4 作用能6.2.2 二甲基硝胺6.2.2.1 几何构型6.2.2.2 氢键的作用本质及强度6.2.2.3 作用能及能量分割6.2.3 双环奥克托今作用能计算6.2.4 α-RDX和双环-HMX的晶体堆积方式的理论预测6.2.4 小结第七章 结论参考文献致谢附录I附录II
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