【摘 要】
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奥克托今（HMX）是一种综合性能良好的猛炸药,广泛应用于军事武器中,其高感度特性所导致的低安全性一直是含能材料领域关注的重要问题。含能材料的安全性和稳定性取决于它的结构特征、性质表现和外部环境的刺激方式。本文以奥克托今为研究对象,采用分子动力学（MD）和第一性原理（DFT）方法研究HMX不同晶型及HMX/LLM-105共晶的结构特征和性质表现,并围绕共晶的形成机制展开系统的研究。通过分析不同压力和
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奥克托今（HMX）是一种综合性能良好的猛炸药,广泛应用于军事武器中,其高感度特性所导致的低安全性一直是含能材料领域关注的重要问题。含能材料的安全性和稳定性取决于它的结构特征、性质表现和外部环境的刺激方式。本文以奥克托今为研究对象,采用分子动力学（MD）和第一性原理（DFT）方法研究HMX不同晶型及HMX/LLM-105共晶的结构特征和性质表现,并围绕共晶的形成机制展开系统的研究。通过分析不同压力和温度下HMX感度、稳定性和力学性能的变化,以充分认识HMX不同晶型对外部刺激的响应规律;通过晶体形貌和界面行为探究,揭示HMX/LLM-105共晶体系的形成机制。以期全面认识HMX,探索降低HMX感度的有效途径,提升HMX的使用性能,充分发挥奥克托今高能量密度的优势,拓展其应用范围。通过系列模拟研究,本论文的主要研究发现如下:1、基于密度泛函理论,在GGA/PBE的水平上对δ-HMX在静水压强为0GPa～12GPa作用下的晶体结构和电子特征的演化行为进行了模拟计算。发现随着压强的缓慢增加,δ-HMX晶体的密度ρ随之增大,这表明压缩有助于提高其爆轰能量;δ-HMX不同方向压缩系数不同,在压致成型时晶体沿a、b轴的方向更容易压缩;且根据静水压强下能带展宽增加和带隙变窄的电子特征,得出压强增加时δ-HMX的感度和稳定性均在下降。2、采用分子动力学方法和COMPASS力场,对比研究了β-HMX、α-HMX和β/α-HMX-2:1三种模型的引发键键长、内聚能密度、力学参数等随温度升高（248-398 K）的变化规律。计算结果表明:温度升高,HMX的稳定性降低,感度升高;混合体系的综合性能明显不如单质炸药晶体好,且温度高于373K时,其力学性能会进一步劣化。3、根据附着能模型模拟了真空中HMX和LLM-105的生长形貌,表现为HMX有5个主要生长晶面,分别是（011）、（11-1）、（020）、（100）、（10-2）,LLM-105有6个主要生长晶面,分别是（011）、（020）、（110）、（10-1）、（11-1）、（101）。据此,构建6种HMX/LLM-105界面结构模型,分别对其执行DFT和NPT-MD模拟,计算结果表明:HMX晶体表面与LLM-105表面的相互作用强度顺序如下:（11-1）/（110）>（011）/（110）>（11-1）/（020）>（11-1）/（011）>（011）/（011）>（011）/（020）,除了（011）/（020）界面（Ⅱ）外,所有界面结构均存在较强的氢键和vd W相互作用,界面内的氢键相互作用主要来源于HMX的O和LLM-105的H,且（11-1）/（110）界面（Ⅵ）中的非键相互作用最强;此外,HMX（11-1）晶面与LLM-105（110）晶面的界面处静电势具有突出的周期性,此模型中相互作用最强,界面绞结程度最高,此界面是HMX/LLM-105共晶形成的关键因素。（11-1）/（110）形成的HMX/LLM-105共晶力学性能更优异。本文综合运用多种现代模拟方法,探索HMX基晶体的结构和性质之间的关系,丰富了对HMX不同晶型的认识,给出了HMX/LLM-105的一种共晶机制,可为合成奥克托今的共晶炸药和拓展HMX的使用范围提供理论参考。
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