高能量密度材料的理論設計

內(nèi)容概要

本書是作者近十年高能量密度材料部分科研工作的總結(jié)。全書共三篇20章。第一篇第1章簡介一般理論計算方法，主要有量子化學、分子力學、分子動力學和靜態(tài)力學分析等方法；第2章重點介紹高能量密度化合物(HEDC)能量和穩(wěn)定性的定量判別標準及其計算方法。后兩篇共18章，以被譽為“新世紀能源材料”的有機籠狀和氮雜環(huán)硝胺兩類多系列高能物質(zhì)為研究對象，主要包括多取代基金剛烷和多取代基六氮雜金剛烷(第二篇)以及單環(huán)硝胺、雙環(huán)硝胺、三環(huán)硝胺、螺環(huán)硝胺和呋咱稠環(huán)硝胺(第三篇)等體系，按能量和穩(wěn)定性標準細致判別和篩選HEDC目標物，包括它們的氣相分子、固態(tài)晶體直至復合材料，詳細闡述一般條件下的結(jié)構(gòu)一性能關系以及溫度、壓力、濃度等條件的變化對其的影響，總結(jié)了HEDC分子設計至高能量密度材料(HEDM)配方設計的成果和規(guī)律。    本書可供基礎化學、高分子物理與化學、炸藥化學、爆炸化學、理論和計算化學以及材料學、材料物理與化學等專業(yè)的高校師生和科技工作者參考閱讀。

作者簡介

肖鶴鳴，南京理工大學教授，博士生導師，分子與材料計算研究所所長。l940年7月出生于江蘇省泰興市。1963年畢業(yè)于南京大學化學系。l978～1980年吉林大學量子化學進修班結(jié)業(yè)。1990年以來，先后出訪前蘇聯(lián)(俄羅斯、烏克蘭)、美國、荷蘭、法國、新加坡和捷克等國，作學術(shù)報告、參加國際會議、進行合作研究和聯(lián)合培養(yǎng)博士生。從事教學和科研工作40多年。主講過無機化學、物理化學、普通化學、化學熱力學、硝化理論基礎、結(jié)構(gòu)化學、量子化學、群論和化學、分子軌道計算等本科和研究生課程，指導了碩士生、博士生、博士后和國內(nèi)外訪問學者數(shù)十人。出版譯作和統(tǒng)編教材各一部。開辟我國(高)含能材料結(jié)構(gòu)、性能理論研究新的方向和領域。主持國家自然科學基金和“973”子專題等科研項目共約30項，獲省部級科研成果獎5項，在國內(nèi)外學術(shù)期刊上發(fā)表論文360多篇，出版學術(shù)專著6部。在撞擊感度理論判別、生成熱精確計算、熱解和水解機理揭示、芳烴硝化和Mannich反應機理闡明、基于量子化學計算密度爆速和爆壓、開辟高能體系分子間相互作用及其精確分割研究，對HEDC／HEDM進行分子設計、晶體計算和分子模擬等方面，取得原創(chuàng)性豐碩成果，被較多引用和應用，在國內(nèi)和國際上產(chǎn)生了廣泛的影響。被評為首批“江蘇省優(yōu)秀研究生教師”(1989)、國務院“政府特殊津貼”專家(1993)、“全國優(yōu)秀博士學位論文指導教師”(2001)和“江蘇省優(yōu)秀博士生導師”(2002)。

書籍目錄

引言第一篇  理論計算方法  第1章  一般理論計算方法簡介    1.1  量子化學方法    1.2  “量化后”計算    1.3  力場方法    1.4  靜態(tài)力學分析方法    參考文獻  第2章  HEDC的定量判別方法    2.1  晶體密度預測    2.2  爆速爆壓預測    2.3  穩(wěn)定性和感度預測    參考文獻第二篇  有機籠狀類HEDM  第3章  金剛烷的硝基衍生物    3.1  IR譜    3.2  熱力學性質(zhì)    3.3  能量特性      3.4  熱解機理和穩(wěn)定性    3.5  感度理論判據(jù)    參考文獻  第4章  金剛烷的NO2氣相硝化反應機理    4.1  反應機理    4.2  分子幾何    4.3  原子電荷    4.4  IR譜    參考文獻  第5章  金剛烷的硝酸酯基衍生物    5.1  生成熱    5.2  能量特性    5.3  熱解機理和熱穩(wěn)定性    參考文獻  第6章  六氮雜金剛烷的硝基衍生物    6.1  IR譜    6.2  熱力學性質(zhì)    6.3  能量性質(zhì)    6.4  熱解機理和穩(wěn)定性    參考文獻  第7章  六氮雜金剛烷的氰基、異氰基和硝酸酯基衍生物    7.1  生成熱    7.2  能量性質(zhì)    7.3  熱穩(wěn)定性    參考文獻  第8章  CL-20 4種晶型和不同壓力下ε-CL-20的能帶結(jié)構(gòu)    8.1  計算方法及其驗證    8.2  CL-20 4種晶體的能帶結(jié)構(gòu)和感度判別    8.3  壓力對ε-CL-20晶體結(jié)構(gòu)和性能的影響    參考文獻  第9章  潛在HEDC晶體結(jié)構(gòu)和性能的預測    9.1  晶體結(jié)構(gòu)預測的原理和方法    9.2  晶型預測結(jié)果    9.3  晶體能帶和電子結(jié)構(gòu)    9.4  帶隙和感度    參考文獻  第10章  ε-CL-20/氟聚物PBX的MD模擬    10.1  力場、模型和模擬細節(jié)    10.2  力學性能    10.3  結(jié)合能    10.4  爆炸性能    參考文獻  第11章  溫度、高聚物含量和晶體缺陷對PBX性能的影響    11.1  模擬方法、模型和細節(jié)    11.2  溫度的影響    11.3  高聚物含量的影響    11.4  晶體缺陷的影響    參考文獻  第12章  ε-CL-20基PBX配方設計初探    12.1  模型和模擬細節(jié)    12.2  相容性    12.3  安全性    12.4  力學性能    12.5  能量性質(zhì)    參考文獻第三篇  氮雜環(huán)硝胺類HEDM  第13章  單環(huán)硝胺    13.1  電子結(jié)構(gòu)    13.2  IR譜    13.3  熱力學性質(zhì)    13.4  爆炸性能    13.5  熱解機理    參考文獻  第14章  雙環(huán)-HMX及其同系物    14.1  電子結(jié)構(gòu)    14.2  IR譜    14.3  熱力學性質(zhì)    14.4  爆炸性能    14.5  熱解機理    參考文獻  第15章  TNAD及其同分異構(gòu)體    15.1  電子結(jié)構(gòu)    15.2  IR譜    15.3  熱力學性質(zhì)    15.4  爆炸性能    15.5  熱解機理    參考文獻  第16章  三環(huán)硝胺衍生物    16.1  熱力學性質(zhì)    16.2  爆炸性能    16.3  熱力學穩(wěn)定性    參考文獻  第17章 螺環(huán)硝胺    17.1  分子幾何    17.2  電子結(jié)構(gòu)    17.3  IR譜    17.4  熱力學性質(zhì)    17.5  爆炸性能    17.6  熱解機理    參考文獻  第18章  呋咱稠環(huán)硝胺    18.1  分子幾何    18.2  電子結(jié)構(gòu)    18.3  IR譜    18.4  熱力學性質(zhì)    18.5  爆炸性能    參考文獻  第19章  雙環(huán)-HMX和TNAD晶體結(jié)構(gòu)和性能的DFT計算    19.1  計算方法及其比較    19.2  常壓下的結(jié)果    19.3  不同壓力下的結(jié)果    參考文獻  第20章  雙環(huán)-HMX和TNAD晶體及其為基PBX的MD模擬.    20.1  力場、模型和模擬細節(jié)    20.2  晶體的熱膨脹性能    20.3  晶體的彈性力學性能    20.4  PBX的彈性力學性能    20.5  PBX的結(jié)合能和爆炸性能    參考文獻  附錄    Ⅰ.預測晶體密度中所選45種硝胺化合物的分子結(jié)構(gòu)    Ⅱ.8種籠狀HEDC晶體結(jié)構(gòu)的Dreiding力場預測    Ⅲ.8種籠狀HEDC的3種優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)    Ⅳ.氮雜環(huán)硝胺鍵離解能計算中涉及的總能量和零點能  結(jié)語

章節(jié)摘錄

第1章 一般理論計算方法簡介對高能化合物分子、晶體以及復合材料的廣泛理論研究需要運用較多的理論和方法。本篇包括兩章。第l章簡介本書所用到的一般理論和計算化學方法。主要包括量子化學和“量化后”計算方法以及力場方法，力場方法主要指分子力學和分子動力學方法。此外，還介紹了靜態(tài)力學分析方法。第2章闡述高能量密度化合物(HEDC)的能量和穩(wěn)定性的定量判別方法，主要包括密度、爆速和爆壓的理論預測方法以及熱解引發(fā)機理、穩(wěn)定性和感度的理論預測方法。1．1 量子化學方法1900年Planck提出量子論。l926年Schr6dinger方程問世，標志著量子力學的建立。l 927年Heitler和London用量子力學基本原理研究氫分子結(jié)構(gòu)，標志著量子化學新學科的誕生。隨著量子化學理論方法的發(fā)展和計算機技術(shù)的進步，80多年來，量子化學已滲透應用到各學科各領域，在研究原子、分子和晶體結(jié)構(gòu)以及揭示物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關系方面，取得了舉世矚目的成就。關于各種量子化學計算方法的原理和應用，可參見許多教科書和相關著作。囿于作者見聞，文獻中僅列出一些供參考[1~2 21。限于篇幅，以下僅作簡介。

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