α/β-HMX太赫兹吸收谱特性研究

摘要

HMX又称作奥克托今(Octogen)，化学名称为“环四亚甲基四硝胺”，分子式为C4H8N8O8，是一种能量很高、感度却相对较低的硝胺类炸药，具有良好的火炸药性能，常用于各种高聚物粘结炸药、高能固体推进剂、高能发射药以及民用爆破、深井石油开采和卫星发射等尖端武器、常规武器和民用工程等领域。
　　HMX存在α、β、γ、δ四种不同的晶型结构，通常情况下以β型HMX最为稳定，具有最高的能量密度和最好的物理化学性能，在国防与民用领域应用也最为广泛。大量研究实验表明，HMX的这四种晶型在一定的条件下会发生相互转换，其化学物理性能会发生改变，在实际应用中带来一定的影响。HMX的晶型转换现象本质在于其分子结构构型发生的变化，属于分子层面研究范畴，现有的分子结构表征技术中，太赫兹光谱作为新兴的光谱学方法，对于材料的分子构型变化十分敏感，特别是对于同质多晶型炸药结构表征具有巨大优势。
　　本论文基于太赫兹时域光谱技术，开展了不同颗粒度HMX的样品以及不同含量HMX的样品的太赫兹时域光谱检测方法研究，研究了样品状态对太赫兹时域光谱的影响。以α/β-HMX为切入点，开展了α/β-HMX的太赫兹吸收光谱特性研究，获得了α-HMX和β-HMX在0.2THz～2.0THz范围内的特征吸收峰，其中α-HMX在0.82 THz、1.51 THz以及1.93 THz三处有特征吸收峰，1.51 THz吸收最强，0.82 THz吸收最弱;β-HMX在1.80 THz有一处吸收峰。
　　基于量子化学理论，利用Gaussian09软件和Materials Studio软件，基于不同的密度泛函理论(DFT)函数获得了α/β-HMX单分子体系和晶胞体系两种模型下的分子振动频率，对比了实验光谱与计算结果的异同，利用可视化模块进行了实验太赫兹特征吸收峰归属的指认，讨论了α/β-HMX太赫兹吸收峰形成的物理机制。结果表明:β-HMX晶体所得1.80THz特征吸收峰来源于其分子结构中两个硝基的摆动;α-HMX晶体0.82 THz的吸收峰来源于一对硝基的对称摆动，1.51 THz吸收峰是由另一对硝基对称摆动形成，而1.93 THz吸收峰的形成比较复杂，包含了硝基的摆动、扭动以及C-H键的扭动等;太赫兹吸收峰的形成机制来源于这些特定的分子运动中发生能级跃迁而产生的对特定频率太赫兹光子的吸收，从而在太赫兹谱上形成了吸收峰。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 HMX的多晶型现象与存在的问题

1．2 太赫兹时域光谱技术及优势

1．2．1 光谱技术理论基础

1．2．2 太赫兹光谱特点

1．2．3 太赫兹时域光谱技术

1．3 太赫兹光谱技术在炸药中的研究现状

1．4 选题依据与研究内容

第二章 太赫兹光谱实验方法研究

2．1 概述

2．2 实验装置与样品

2．3 样品状态对太赫兹吸收谱的影响研究

2．3．1 样品颗粒度的影响

2．3．2 样品中HMX含量的影响

2．4 小结

第三章 α／β-HMX太赫兹吸收谱实验与分析

3．1 概述

3．2 α／β-HMX太赫兹吸收谱实验

3．2．1 实验装置与样品

3．2．2 实验结果

3．3 α／β-HMX太赫兹吸收谱分析

3．3．1 α／β-HMX分子振动频率理论计算

3．3．2 α／β-HMX太赫兹吸收峰归属指认

3．3．3 α／β-HMX太赫兹吸收峰形成的物理机制

3．4 小结

第四章 总结

4．1 结论

4．2 展望

致谢

在研期间参与的课题与发表的论文

参考文献