摘要
含能材料被广泛应用于军事科学，并且是航天航空、深井爆破和工业领域的重要能源。近年来，在含能材料领域的研究已取得较大进展，但更为苛刻的使用环境，如航天科技中的各种极端条件，对含能材料的耐热性能和能量密度提出了更高的要求。因此，提高热稳定性、相容性、能量密度、轰爆以及力学性能等是提高含能材料性能的重要目标。RDX是一种典型的含能材料，因其高稳定性和强爆炸威力的特点被广泛应用在武装炸药的装备当中。在外界刺激的作用下，RDX的微观结构以及化学反应动力学均会发生变化，同时也影响着炸药的物理特性和宏观响应特性，进一步会影响武装炸药的轰爆性能与安全性能。因此研究外界刺激对RDX性能的影响，对导弹和固体火箭推进剂的进步具有极其重要的意义。 本论文利用高温及高压极端条件下的自发拉曼散射技术对RDX的分子结构、化学键和晶体形态的变化等行为进行研究。同时利用这一技术对含能材料RDX分子C-H键、C-N键等振动模式变化规律进行了深入探讨。取得了以下研究成果： 1．利用显微共聚焦拉曼光谱仪和变温系统，研究了α-RDX在高温极端条件下的分子结构演化行为。发现当温度升到463K时，在3077cm-1和3068cm-1处的C-H赤道拉伸振动模式的特征峰合并为3073cm-1处的新峰；属于C-H赤道拉伸振动模式和C-H轴向拉伸振动模式的3002cm-1和2950cm-1被合并为2987cm-1处的单峰；1595cm-1和1573cm-1属于NO2的轴向拉伸振动模式，而1542cm-1属于NO2的赤道拉伸振动模式，三个拉曼峰逐渐合并为一个峰，对应于β-RDX中1572cm-1谱带的特征峰。并且拉曼光谱中C-H平面内弯曲振动、C-H平面外弯曲振动和N-NO2轴向拉伸振动模式等均发生了红移现象，可以确定α-RDX向β-RDX发生转变。与此同时，拉曼光谱中RDX的荧光强度变弱，α-RDX在相变过程中也伴随着热分解现象。并且在降温过程中，β-RDX具有动态稳定性，不会发生可逆行为。该研究为进一步探索高温对RDX的相变行为的影响及热分解提供了实验依据。 2．利用金刚石对顶砧高压装置和显微共聚焦拉曼光谱系统，研究了常温常压相α-RDX在高压下的结构演化过程。在6GPa左右时，在3068cm-1和3077cm-1处的C-H拉伸振动模式双峰被合并；353cm-1处的环扭转振动谱带发生了二重劈裂；与此同时，在856cm-1处的C-N拉伸振动模式逐渐开始不均匀的宽化；C-H拉伸振动模式区域内2949cm-1处的轴向拉伸振动模式的拉曼强度大幅度减小，且伴随着一个低能量的肩峰。这些拉曼振动模式的明显变化证明了α-RDX发生了向γ-RDX的相变。在17.4-18.5GPa的压力范围内，在488cm-1、467cm-1和440cm-1处的拉曼环扭转双峰合并为一个峰；在886cm-1的环伸缩振动显示出很大的频率偏移；在775cm-1、862cm-1和988cm-1处出现了新的振动模式；在3075cm-1处的单峰劈裂为双峰。这些变化说明了在该压力下发生了γ-RDX到δ-RDX的结构相变。并且在降压过程中δ-RDX相变至γ-RDX，后又相变为α-RDX，这证明了RDX高压相变行为在20GPa以下具有可逆性。这项研究为探索高压下RDX的相变机理提供参考。
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