CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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TKX-50热分解氮气形成机理的分子动力学模拟
作者:
作者单位:

(1. 中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心, 北京 100088; 2. 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088)

作者简介:

余一(1986-),男,助理研究员,主要从事含能材料反应动力学相关研究。e-mail: yu_yi@iapcm.ac.cn 通信联系人: 陈军(1969-),男,研究员,主要从事爆轰物理,高能炸药反应机理数值模拟研究研究。e-mail: jun_chen@iapcm.ac.cn

通讯作者:

陈军(1969-),男,研究员,主要从事爆轰物理,高能炸药反应机理数值模拟研究研究。e-mail: jun_chen@iapcm.ac.cn

基金项目:

国家重点研发计划(2017YFB0202403),国家自然科学基金(11604017),中国博士后科学基金(2016M591125)


Molecular Simulation on the Nitrogen Generation in Thermal Decomposition of TKX-50
Author:
Affiliation:

(1. CAEP Software Center for High Performance Numerical Simulation, Beijing 100088, China; 2. Institute of Applied Physics and Computational Mathematic, Beijing 100088, China)

Fund Project:

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    摘要:

    为研究新型富氮含能化合物5, 5′-联四唑-1, 1′-二氧二羟铵(TKX-50)高能钝感背后的微观机制, 采用从头算分子动力学方法模拟了TKX-50在不同压力及温度下的分解过程, 通过分析主要产物N2的生成路径, 揭示了TKX-50热分解随温度与压力变化的规律。模拟显示TKX-50分解的主要产物为H2O和N2。其中N2存在三条主要的生成路径, 两条来源于唑环环裂过程, 另一条与铵盐和唑环的相互作用相关联。唑环环裂直接生成N2的过程受温度影响较大, 温度越高, 断裂速度越快, 对压力不敏感。铵盐与唑环相互作用生成N2的过程则依赖于扩散, 扩散速率与温度呈正相关, 与压力呈负相关。三条反应路径的共同作用使得TKX-50的反应速率宏观上呈现随温度升高而升高, 随压力升高而下降的趋势。

    Abstract:

    Recently, a new nitrogen-rich compound, dihydroxylanmonium 5, 5′-bistetrazole-1, 1′-diolate(TKX-50) was synthesized. It possesses low impact sensitivity and a high energy content, and is readily synthetized. We use ab initio molecular dynamics method to simulate the decomposition process of TKX-50 under various pressure and temperature. The formation mechanism of the main product N2 is then analyzed. There are three main paths for the N2 generation: two paths are derived from the break of the tetrazole ring and the remaining is related to the interaction between the ammonium ion and the triazole ring. The rate of the N2 generation is affected by the temperature and pressure. That is, the higher the temperature, the lower the pressure, and the faster the reaction rate. The N2 generation rate by the intermolecular interactions between the ammonium ion and ammonium ring depends on diffusion, because the diffusion rate is observed positively correlated with temperature while negatively with pressure. The reaction rate of the TKX-50 thus increases with temperature increasing and pressure decreasing.

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余一,张蕾,姜胜利,等. TKX-50热分解氮气形成机理的分子动力学模拟[J].含能材料, 2018, 26(1):75-79. DOI:10.11943/j. issn.1006-9941.2018.01.009.
YU Yi, ZHANG Lei, JIANG Sheng-li, et al. Molecular Simulation on the Nitrogen Generation in Thermal Decomposition of TKX-50[J]. Chinese Journal of Energetic Materials, 2018, 26(1):75-79. DOI:10.11943/j. issn.1006-9941.2018.01.009.

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  • 收稿日期: 2017-10-10
  • 最后修改日期: 2017-11-16
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  • 在线发布日期: 2018-01-18
  • 出版日期: 2018-01-25