摘要
含能材料作为一种储能物质，被广泛应用于军事和民用领域，其安全性能与爆轰性能尤为重要。稳定性和灵敏度是含能材料制备、运输、储存和应用中的关乎安全的两个重要指标，爆轰产物热力学性质的准确描述是评价其爆轰性能的关键。研究含能材料的反应活性以及爆轰产物状态方程，对于掌握其安全性能和爆轰性能具有重要的意义。 本文分别采用密度泛函理论方法（DFT）以及分子动力学模拟方法（MD）研究了硝基甲烷（NM）的反应活性和环四亚甲基四硝胺（HMX）爆轰反应产物的状态方程，从原子与分子层面探索了利用理论模拟分析含能材料的稳定性以及获得更普适的状态方程的可能，为设计更安全高效的含能材料提供指导。研究结果表明空位缺陷和压缩形变均会提高硝基甲烷的活性，而施加压缩与空位具有一定的协同效应：空位缺陷的引入一方面降低了硝基甲烷的稳定性，另一方面提供了一个缓冲可以来抵消部分施加的压缩；HMX爆轰产物的压强随温度和组分呈线性变化、随密度呈二次变化，经拟合得到一个可以快速估计体系压强的状态方程，与BKW方程的计算结果基本一致。 论文第一章介绍了研究含能材料反应活性的意义与进展、爆轰产物计算简化模型和状态方程、以及本文的研究内容。第二章简述了密度泛函理论以及分子动力学理论方法，包括密度泛函理论的Kohn-Sham方法、交换关联泛函、概念密度泛函理论的部分内容，以及分子动力学方法的力场、势函数等。第三章采用密度泛函理论方法计算研究了NM的晶体结构、原子电荷、HOMO-LUMO间隙、Fukui函数、软度以及键级等物理化学量，探究了空位缺陷以及压缩形变对硝基甲烷活性的影响。第四章采用Exp-6势函数描述了HMX主要爆轰反应产物—N2、H2O、CO2、CO和H2五种分子间的相互作用，并对五组分混合体系的压强进行了分子动力学模拟计算，在此基础上，进一步对不同密度、温度和组分下的混合物进行了大量的模拟，得到了它们的P-V-T关系。
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