1,3,5-三嗪含能衍生物结构与性质的理论研究(2)
3.1 前言 14
3.2 计算方法 15
3.3 结果讨论 16
3.3.1 生成热 16
3.3.2 爆轰性能 18
3.3.3 稳定性 20
3.3.4 两个系列衍生物结果比较 21
3.4 总结 23
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 选题背景及其科学意义
在过去的几十年中，多氮杂环被认为是一类对设计和合成高能量密度材料非常有用和有前景的结构。【1】在它们之中，四唑，呋咱和四嗪引起人们的广泛关注。四嗪和四唑衍生物具有很高的生成热（HOF）、晶体密度、热稳定性等优点【2】。与呋咱相比，四嗪和四唑的衍生物有着相对较低的密度和较差的氧平衡性【3】。但是一些呋咱衍生物表现出某些缺陷，比如特殊的化学不稳定性和在一些推进剂中爆炸物与粘合剂和添加剂表现出不相容性。上述这些氮杂环化合物各有优缺点。因此，本研究将主要研究1,3，5-三嗪及其衍生物结构和性能。
高能量密度化合物一般都要求有比较高的氮含量和较低的氢含量，并且氧平衡接近于0。影响着化合物所含能量大小的最主要因素是氮元素含量的高低。此外，氮原子电子云分布提高整个化合物的电子云密度，从而使得化合物的稳定性得到了提高。由于发生爆炸后，化合物中的氢元素与氧元素生成水，水具有非常高的比热容，所以会吸收大量的热量，从而使爆热极具的减小。为得到能量密度高的含能化合物，所以要减小氢元素的含量。为了使得反应能够充分的进行，所以需要使得氧平衡趋近于0。高能量密度化合物一般都还具有如NO2,-NH2,-ONO2,-NF2这样的基团，其中-NH2的存在可以提高化合物整体的稳定性能，但是在提高化合物的稳定性的同时，化合物的爆炸性能相应的会减弱，这是一个比较矛盾的两个因素，所以在考虑潜在的含能化合物时，要综合考虑，找到能平衡这两个因素的最佳化合物。
含能化合物在国防和的国民经济许多领域中有着广泛的应用，比如航空航天，民用爆破，冶炼等行业。所以，亟需寻找到一种或几种爆炸性能优越并且稳定性良好的材料。随着计算机和计算化学方法的快速发展，通过在电脑上预先对分子结构进行设计，并计算估计出它可能具备的爆炸性能和稳定性，再根据对结果的综合考虑找到可能潜在的高能量密度化合物已成为可能。这样不仅可以大大减少实验的盲目性，而且降低了成本，节约了大量的人力物力。所以，理论设计在含能化合物的实验合成中起到了不可或缺的作用。
1.2 研究思路
人们经常通过对结构进行修饰来改变材料的性能。对分子的优化使之具有高能量是研究和合成高能量密度化合物的主要步骤。由于含能化合物合成的困难性和危险性，因此，理论计算成为了一个有效的设计高能量密度化合物放入方法。理论研究不仅使人们可以筛选出品优的候选化合物，同时也提供了分子结构和性质之间关系。所以，它们可以帮助更有效的设计实验。
本研究的主要内容：使用密度泛函理论（DFT）方法研究1,3,5-三嗪杂环衍生物的生成热、热稳定性和能量性质。1,3,5-三嗪衍生物的生成热是通过设计等键反应的方法来进行计算的。它们的热稳定性是通过对它们△V进行评估。最后，它们的爆轰性能通过计算生成热和密度以及爆度和爆压的大小来进行预测。预计论文中结果可以为设计新型高能量密度化合物提供有用的结构信息。