张凯华-开题报告.ppt
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1、纳米硅橡胶与含能材料间的纳米硅橡胶与含能材料间的相互作用相互作用 报报报报 告告告告 人人人人:张凯华张凯华张凯华张凯华 导导导导 师师师师:董晓董晓董晓董晓 报告内容报告内容研究意义和研究现状研究意义和研究现状研究内容和方案研究内容和方案研究进度及预期研究成果研究进度及预期研究成果目前进展目前进展研究意义研究意义硅橡胶是一种直链状的高分子量的聚有机硅氧烷,其硅橡胶是一种直链状的高分子量的聚有机硅氧烷,其结构通式结构通式为为:通式中,通式中,n代表链段数,代表链段数,R是烷基或羟基,是烷基或羟基,R通常是甲基通常是甲基。特点特点特点特点:吸附性能高:吸附性能高 热稳定性好热稳定性好 化学性质稳
2、定化学性质稳定 机械强度较高等机械强度较高等 研究意义研究意义不同纳米材料对硅橡胶的改性复合使其具有更高的性不同纳米材料对硅橡胶的改性复合使其具有更高的性能能,如利用纳米,如利用纳米SiO2 可以可以增强硅橡胶的拉伸强度、增强硅橡胶的拉伸强度、撕裂强度、扯断伸长率等力学性能撕裂强度、扯断伸长率等力学性能。纳米硅橡胶具有纳米级的开放孔道,孔道表面亲纳米硅橡胶具有纳米级的开放孔道,孔道表面亲/疏疏水性质的灵活控制,不但可以方便的修饰孔道表面,水性质的灵活控制,不但可以方便的修饰孔道表面,也使其可以容纳不同种类的客体分子,形成性能各异也使其可以容纳不同种类的客体分子,形成性能各异的复合材料,构成各种
3、应用研究所需要的基本条件。的复合材料,构成各种应用研究所需要的基本条件。因此,纳米硅橡胶的这种结构特点决定了它极易与其因此,纳米硅橡胶的这种结构特点决定了它极易与其因此,纳米硅橡胶的这种结构特点决定了它极易与其因此,纳米硅橡胶的这种结构特点决定了它极易与其它材料相融合。它材料相融合。它材料相融合。它材料相融合。研究意义研究意义含能材料通常是指包含有硝基、叠氮基团等含能材料通常是指包含有硝基、叠氮基团等的有机分子。的有机分子。特点特点特点特点:发生化学反应时,发生化学反应时,反应迅速,放出大反应迅速,放出大量热,且在高温下形成气体产物量热,且在高温下形成气体产物 。当前主要的含能材料有当前主要的
4、含能材料有 TNTTNT、HMXHMX、RDXRDX、TATBTATB、CL-20CL-20、TNAZTNAZ、MATBMATB等等研究意义研究意义为了提高含能材料的性能或为实现某一特殊性能,通为了提高含能材料的性能或为实现某一特殊性能,通常需要将含能材料与其它材料进行复合。复合的方式常需要将含能材料与其它材料进行复合。复合的方式多种多样,如多种多样,如:1)为了改善和提高超细含能材料的实际使用效果,为了改善和提高超细含能材料的实际使用效果,可以通过对纳米含能材料颗粒进行包覆制备核可以通过对纳米含能材料颗粒进行包覆制备核-壳型壳型复合材料;复合材料;2)为了降低某些高能炸药的感度,需要加入惰性
5、组为了降低某些高能炸药的感度,需要加入惰性组分,可通过采用溶胶分,可通过采用溶胶-凝胶法制备既含有高能炸药,凝胶法制备既含有高能炸药,又具有网络状惰性骨架的含能复合材料;又具有网络状惰性骨架的含能复合材料;3 3)另外,还有一种特殊途径:通过选择多孔性骨架另外,还有一种特殊途径:通过选择多孔性骨架另外,还有一种特殊途径:通过选择多孔性骨架另外,还有一种特殊途径:通过选择多孔性骨架为主体,然后向骨架中引入客体的方式制备含能复合为主体,然后向骨架中引入客体的方式制备含能复合为主体,然后向骨架中引入客体的方式制备含能复合为主体,然后向骨架中引入客体的方式制备含能复合材料材料材料材料。研究意义研究意义
6、纳米硅橡胶与含能材料存在结构上的关联。纳米硅橡胶与含能材料存在结构上的关联。如如纳米纳米硅橡胶一般并不含有能量,但结构高硅橡胶一般并不含有能量,但结构高度有序;而含能材料通常具有较高的能量密度有序;而含能材料通常具有较高的能量密度,但结构有序度差度,但结构有序度差。因此,不但存在两种材料关联的可能性,而因此,不但存在两种材料关联的可能性,而因此,不但存在两种材料关联的可能性,而因此,不但存在两种材料关联的可能性,而且它们的复合将有可能产生综合性能优良的且它们的复合将有可能产生综合性能优良的且它们的复合将有可能产生综合性能优良的且它们的复合将有可能产生综合性能优良的复合材料。复合材料。复合材料。
7、复合材料。研究方法的选择研究方法的选择能够揭示能够揭示含能材料含能材料性能的微性能的微观本质观本质 实验研究成本昂贵实验研究成本昂贵研究周期长研究周期长环境友好性差环境友好性差计计算算与与模模拟拟研究方法的选择研究方法的选择计算研究的意义计算研究的意义1.1.通过对含能材料的计算模拟可以得到如下性质通过对含能材料的计算模拟可以得到如下性质:生成热、键能和反应能、分子生成热、键能和反应能、分子(或晶体或晶体)的能量和结的能量和结构构(热化学稳定性热化学稳定性)、过渡态的能量和结构、过渡态的能量和结构(活化能活化能)、反应路径以及动力学和机理、反应路径以及动力学和机理、分子中的电荷分布分子中的电荷
8、分布(反反应点应点)、取代效应、振动频率等。、取代效应、振动频率等。2.2.对这些性质的预测,在含能材料中具有很多实用价对这些性质的预测,在含能材料中具有很多实用价值,值,如如:可以研究合成路径、反应产物以及爆轰引可以研究合成路径、反应产物以及爆轰引发的机理等。发的机理等。3.3.减少实验次数,缩短研究周期,提高研究效率减少实验次数,缩短研究周期,提高研究效率 ,降低研究成本等。降低研究成本等。研究方法的选择研究方法的选择对对含能材料的含能材料的计计算研究涉及的算研究涉及的时间时间和空和空间间尺度涵盖了从尺度涵盖了从 ps ms,nm mm没有一种没有一种计计算方法能适用于算方法能适用于这样这
9、样广泛的尺度范广泛的尺度范围围多尺度方法多尺度方法利用不同模拟方法从多个尺度进行研究利用不同模拟方法从多个尺度进行研究选题依据选题依据分子力分子力场场(force field)非反应力场非反应力场(non-reactive FF)反应力场反应力场(ReaxFF)如如CHARMMCHARMM、AMBERAMBER、GROMACSGROMACS势函数势函数不能描述键的生不能描述键的生成与断裂成与断裂键级键级(bond order)能描述键的生成能描述键的生成与断裂与断裂适合描述高温高压适合描述高温高压下凝聚态化合物体下凝聚态化合物体系系利用量子化学计算、利用量子化学计算、ReaxFFReaxFF和
10、和分子动力学方法在微观的电子分子动力学方法在微观的电子和原子尺度上进行研究和原子尺度上进行研究研究现状研究现状翟云翟云龙龙和董和董晓晓(待(待发发表)通表)通过过ReaxFF MD 研究了研究了TNAZ/JUPSES共熔物的相共熔物的相图图和和热热力学性能,力学性能,计计算算结结果与果与实验值实验值符合得符合得较较好。好。Kimberly Chenoweth and Goddard 等(等(2005)使用)使用ReaxFF来模来模拟拟聚二甲基硅氧聚二甲基硅氧烷烷(PDMS)的)的热热分解分解过过程,通程,通过过增加一系列增加一系列QM数据到数据到ReaxFF中中来描述来描述PDMS中的中的Si
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