Page 52 - 《含能材料》2018年优秀论文

RDX 杂 质 对 HMX 性 能 影 响 的 分 子 动 力 学 研 究 829

c=8.70 Å，α=γ=90.00°，β=124.30°，每个单晶胞中包含 用 Amorphous Cell 模块构建了含用 6 个 F 2311 分子链的
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两个 HMX 分子 ［10］ 。HMX 的单晶胞模型如图 1a 所示。 无定形晶胞，密度设置为 1.85 g·cm ，如图 4b 所示。
在建立 HMX 超晶胞之前，首先采用 Smart 算法对 HMX
单晶胞进行了能量和几何优化，优化结构如图 1b所示，而
后将晶格参数分别沿 X、Y、Z三个轴向延伸 4、3、4倍，建成
了 HMX超晶胞模型，共 96个 HMX分子，如图 2所示。

图 3 RDX 掺杂率为 16.67% 的 HMX 缺陷模型
Fig. 3 The defective HMX model with RDX doping rate of
16.67%

a. primitive cell b. equilibrium structure of primitive cell
图 1 HMX 单晶胞及其平衡结构
Fig.1 Primitive cell and equilibrium structure of HMX

a. molecular chain of F 2311

图 2 HMX 超晶胞模型
Fig.2 Supercell model of HMX
b. amorphous cell of F 2311
2.1.2 HMX 晶胞掺杂模型搭建
图 4 F 2311 分子链及其无定形晶胞
在 HMX 超晶胞模型（为叙述方便，认为此模型掺
Fig.4 Molecular chain and amorphous cell of F 2311
杂 率 为 0）的 基 础 上 ，通 过 随 机 移 除 4、8、12 和 16 个
HMX 分子，并在相应位置添加相同数量的 RDX 分子 2.2 分子动力学模拟
建 立 掺 杂 率（质 量 分 数）分 别 为 4.17%、8.33%、 Compass ［12］ 力场是一种从头算力场，其中多数力
12.50% 和 16.67% 的四种 HMX 缺陷模型。特以掺杂 场参数是采用量子力学计算得到的，对单个分子或凝
率为 16.67% 的 HMX 缺陷模型（图 3）为例进行展示。 聚相材料性能的模拟和预测具有较高的准确性，尤其
其中，标黄的分子为 RDX。 是其对 HMX 超晶胞和 RDX 超晶胞 ［13-14］ 均进行过成功
2.1.3 F 2311 晶胞模型搭建 的模拟计算。因此，本研究选择 Compass 力场进行分
HMX 单独成型能力差，其在使用过程中可通过添 子动力学（MD）模拟。
加氟橡胶等高分子材料制成高聚物粘结炸药，因此有 在 HMX 超晶胞及其掺杂模型进行 MD 模拟之前，
必 要 探 究 RDX 的 掺 杂 对 HMX 与 氟 橡 胶 相 容 性 的 影 首先采用 Smart 算法对初始模型进行结构优化，优化
响。选择的氟橡胶（F 2311 ）是由偏二氟乙烯和三氟氯乙 收敛精度设置为 4.186×10 -3 kJ·mol ·Å 。当优化结
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烯 按 摩 尔 比 1∶1 组 成 的 。 利 用 Material Studio 果显示的最大导数低于 0.05 时认为优化模型实现了
（MS） 软件中的 Visualizer 模块搭建了聚合度为 4 的 能量极小化，内应力已被平衡。而后，又对优化后的模
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F 2311 分子链，端基用 H 和 F 饱和，如图 4a 所示，而后利 型进行了模拟退火，从中选取了能量最小的退火模型

CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2018 年 第 26 卷 第 10 期 （828-834）