超分子结构单元研究黑索金的弹性各向异性

摘要

含能材料的弹性性质微观上体现了分子间的结合力,且与含能材料的化学分解和爆炸相关.因此,弹性性质-晶体结构的关联为设计具有特定性质的新材料和理解含能材料点火起爆提供了理论基础.本文提出超分子结构单元作为最小化学单元来定量表征黑索金(RDX)不同晶面的弹性模量.基于超分子结构单元的弹性模量模型表明,与弹性模量相关的微观因素有:超分子结构单元的分子对数量、分子对的平衡距离、分子间力常数以及分子间非键能与晶面法线的夹角;而弹性模量的各向异性来源于分子间非键能与晶面法线的夹角不同.研究结果表明, RDX的超分子结构单元包含15个RDX分子,以该超分子结构单元计算得到RDX(100),(010),(001),(210)和(021)晶面的弹性模量分别为21.7, 17.1, 20.1, 19.1和15.3 GPa.除RDX(001)晶面外,以上晶面的理论计算值与超声共振谱、脉冲激热散射、布里渊散射和纳米压痕实验值基本吻合. RDX(001)晶面的计算值(20.1 GPa)远高于实验值(15.9—16.6 GPa),原因可能是计算过程中将RDX分子看作刚性体,忽略了RDX(001)晶面在外界载荷作用下发生的分子内六元环和NO2基团的移动和变形.