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碳氢化合物在极端条件下的金属化相变研究是近年来的一个热点。苯是芳香族最简单的化合物,探索高温高压下液态苯的物理性质,对于研究芳香族化合物在极端条件下的研究有重要的科学意义。本文基于密度泛函理论的分子动力学模拟计算并分析了温度和压强对流体苯的热力学性质的影响,得到了流体苯的物态方程,分析了在不同温度、密度下体系的化学组分变化,较详细的分析了苯在高温高压下的导电性,证实了液态金属苯的存在。本文研究结果主要表现为以下几个方面: 1.通过基于密度泛函理论分子动力学方法,模拟研究了液态苯在冲击压缩下的物态方程,计算的密度范围是1.6 g/cm3-2.4 g/cm3、温度范围为1500 K-5000 K,对应压强范围是11 GPa-75 GPa。通过等容图发现在除1.6 g/cm3外的各个密度下都有发生压强滞涨或降低的区域。随着密度的增加,出现该区域的温度降低,随着压强增大,且温度区间较窄。 2.分析了1.6 g/cm3的苯环的结构变化,看出苯环分解的压强与前人计算的结果比较符合,出现在11 GPa附近。通过构型图观察了在(ap/aT)V≤0区域前后的原子分布变化,对于2.4 g/cm3和1.8 g/cm3,计算了它们各结构对应温度下的径向分布函数(PCF),通过径向分布函数更加直观的反映了(ap/aT)V≤0前后的苯化学分解过程。 3.经过对构型和径向分布函数的分析,可以得到:在压强较小时,特别是苯环刚开始分解时,体系内存在少量多环芳香烃和较小的碳氢化合物分子,随着压强增加体系内主要由 C-C键和 C-H键断裂形成含有较多个碳原子形成的碳链和少量氢气,在更高压强下 C-C键和 C-H键继续断裂,主要是几十个碳原子链断裂为多条及个碳原子形成的链甚至碳原子,同时氢气也会部分离解成氢原子。 4.流体的大量构型进行抽样,并计算其动态能带结构,最后得到固定温度和密度条件下流体的平均能带宽度。通过温度-带隙图可以得到:液态苯的金属化相变对应在等容线上的压强突然变低的最低点附近。同时计算了2.4 g/cm3的三个结构的分波态密度,通过分波态密度分析可以发现,在系统中的导电结构主要是来自于碳,而此时的碳主要以几个碳原子组成的碳链和碳原子形式存在,同时氢原子也对导电有所贡献。最后我们还给出了苯相应的金属化相图。