本書系統(tǒng)介紹了含能材料的本征結構與性能，包括以下內容：含能材料本征結構的定義與內涵，含能晶體分類，分子模擬方法在含能材料本征結構中的應用，含能分子和含能單組分分子晶體，含能分子晶體的多晶型與晶型轉變，含能離子晶體，含能共晶，含能原子晶體、含能金屬晶體和含能混合型晶體，氫鍵、氫轉移與鹵鍵，含能晶體中的π堆積以及低感高能材料的晶體工程。
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目錄
01 緒言
1.1 含能材料 2
1.2 含能材料的本征結構 6
1.3 引入本征結構的益處 11
1.4 本書目的及組織結構 12
參考文獻 13
02 含能晶體分類
2.1 引言 16
2.2 含能晶體分類標準 17
2.2.1 基本結構單元 17
2.2.2 含能晶體類型 20
2.3 含能晶體類別 21
2.3.1 含能分子晶體 21
2.3.2 含能離子晶體 25
2.3.3 含能原子晶體 28
2.3.4 含能金屬晶體 29
2.3.5 含能混合型晶體 30
2.4 含能晶體分類啟示 32
2.4.1 PCP間相互作用與晶體穩(wěn)定性的關系 32
2.4.2 晶體類型與其能量的關系 34
2.5 結論與展望 34
參考文獻 35
03 分子模擬方法在含能材料本征結構中的應用
3.1 引言 42
3.1.1 分子模擬在含能材料研究中的重要性 42
3.1.2 分子模擬的應用 43
3.2 量子化學方法及其應用 46
3.2.1 量子化學方法概述 46
3.2.2 描述幾何結構 49
3.2.3 描述電子結構 50
3.2.4 描述熱力學性質 52
3.2.5 描述反應性 53
3.3 DFT色散校正方法及其應用 54
3.3.1 預測晶體密度 57
3.3.2 預測晶胞參數(shù) 60
3.3.3 預測晶格能 61
3.3.4 計算效率的比較 62
3.4 分子力場方法及其應用 64
3.4.1 經典力場及其應用 65
3.4.2 一致性力場及其應用 68
3.4.3 反應性力場及其應用 69
3.5 Hirshfeld表面分析法及其應用 70
3.5.1 基本原理 70
3.5.2 描述分子間相互作用 73
3.5.3 描述同一分子在不同晶體環(huán)境中的相互作用 77
3.5.4 描述同一離子在不同晶體環(huán)境中的相互作用 79
3.5.5 預測剪切滑移特性和撞擊感度 80
3.5.6 Hirshfeld法優(yōu)缺點小結 81
3.6 用于計算含能分子和晶體的軟件及數(shù)據(jù)庫 82
3.6.1 Gaussian 82
3.6.2 Multiwfn 83
3.6.3 VASP 83
3.6.4 Materials Studio 84
3.6.5 DFTB+ 87
3.6.6 CP2K 87
3.6.7 LAMMPS 88
3.6.8 COSMOlogic 89
3.6.9 CrystalExplorer 89
3.6.10 CSD 89
3.7 結論與展望 90
參考文獻 91
04 含能分子和含能單組分分子晶體
4.1 引言 111
4.2 傳統(tǒng)含能分子晶體 111
4.2.1 含能硝基化合物 112
4.2.2 含能共軛氮雜環(huán)化合物 116
4.2.3 含能有機疊氮化合物 124
4.2.4 耐熱性不同的含能化合物 125
4.2.5 撞擊感度不同的含能化合物 128
4.3 含能鹵素化合物 129
4.3.1 含能氟化合物 129
4.3.2 含能氯、溴或碘化合物 131
4.4 含能過氧化物 132
4.5 全氮分子 134
4.6 結論與展望 138
參考文獻 139
05 含能分子晶體的多晶型與晶型轉變
5.1 引言 152
5.2 多晶型與晶型轉變 152
5.2.1 多晶型 152
5.2.2 晶型轉變 154
5.3 晶型轉變的影響因素 156
5.3.1 晶體品質 156
5.3.2 添加劑 157
5.4 晶型的結構和能量差異 158
5.4.1 分子結構 158
5.4.2 分子堆積 160
5.4.3 晶體形貌 165
5.4.4 能量特性 165
5.4.5 爆轟特性 168
5.5 晶型對熱解機制的影響 169
5.5.1 CL-20各晶型的熱解機制 169
5.5.2 HMX各晶型的熱解機制 173
5.6 晶型轉變導致的FOX-7低撞擊感度 177
5.6.1 FOX-7各晶型的堆積結構 177
5.6.2 FOX-7各晶型剪切滑移特性 178
5.6.3 FOX-7的低撞擊感度與其熱致晶型轉變間的相關性 183
5.7 控制晶型轉變的策略 184
5.7.1 重結晶 184
5.7.2 晶體包覆 184
5.7.3 添加添加劑 185
5.8 結論與展望 185
參考文獻 186
06 含能離子晶體
6.1 引言 196
6.2 組成和類別 196
6.2.1 含能離子晶體的組成 196
6.2.2 含能離子晶體的類別 198
6.3 組成離子的體積及電子特性的可變性 198
6.3.1 體積可變性 198
6.3.2 電子特性可變性 201
6.4 堆積結構和分子間氫鍵 202
6.4.1 堆積結構 203
6.4.2 分子間氫鍵 204
6.4.3 氫鍵增強的影響 211
6.5 含能無機離子晶體 213
6.6 含能有機離子晶體 215
6.6.1 含四唑結構的離子晶體 216
6.6.2 含三唑結構的離子晶體 219
6.6.3 其他含能有機離子晶體 221
6.7 結論與展望 224
參考文獻 225
07 含能共晶
7.1 引言 231
7.2 共晶的定義和內涵 233
7.2.1 現(xiàn)有定義和分類的不足 233
7.2.2 共晶及其相關術語的發(fā)展歷史 237
7.2.3 具有更寬內涵的共晶的新定義 239
7.3 含能共晶的組成、分子間相互作用及堆積結構 239
7.3.1 CL-20基共晶 241
7.3.2 HMX基共晶 252
7.3.3 EDNA、BTATz、DNPP、aTRz、BTNMBT及BTO基共晶 253
7.3.4 TNT、DNBT、DNAN和HNS基含能共晶 254
7.3.5 BTF基含能共晶 256
7.3.6 TXTNB基共晶 257
7.3.7 基于氮雜環(huán)分子的共晶 258
7.4 含能共晶形成的熱力學 259
7.4.1 計算方法 259
7.4.2 熱力學參數(shù) 260
7.5 含能共晶的性質和性能 264
7.5.1 密度、爆速和爆壓 264
7.5.2 熱穩(wěn)定性和撞擊感度 265
7.5.3 含能共晶的反應性：以CL-20/HMX共晶為例 268
7.6 結論與展望 272
參考文獻 273
08 含能原子晶體、含能金屬晶體和含能混合型晶體
8.1 引言 286
8.2 含能原子晶體 286
8.2.1 聚合氮 286
8.2.2 聚合CO和聚合CO2 291
8.3 含能金屬晶體 294
8.3.1 金屬氫 294
8.3.2 金屬氮 296
8.4 含能混合型晶體 297
8.4.1 含能鈣鈦礦 297
8.4.2 基混合型晶體 299
8.4.3 其他混合型共晶 301
8.5 結論與展望 305
參考文獻 305
09 氫鍵、氫轉移及鹵鍵
9.1 引言 310
9.2 氫鍵 311
9.2.1 含能單組分分子晶體中的氫鍵 312
9.2.2 含能共晶中的氫鍵 316
9.2.3 含能離子化合物中的氫鍵 320
9.3 氫鍵的影響 322
9.3.1 氫鍵對晶體堆積的影響 322
9.3.2 氫鍵對撞擊感度的影響 324
9.4 氫轉移 324
9.4.1 分子內氫轉移 325
9.4.2 晶體中的氫轉移 335
9.5 氫轉移的影響 341
9.5.1 氫轉移對熱穩(wěn)定性的影響 341
9.5.2 氫轉移對撞擊感度的影響 353
9.6 含能化合物中的鹵鍵 358
9.7 結論與展望 359
參考文獻 359
10 含能晶體中的π堆積
10.1 引言 372
10.2 π-π堆積 372
10.2.1 含能平面π共軛分子 372
10.2.2 氫鍵輔助的π-π堆積 374
10.2.3 無氫鍵輔助的π-π堆積 378
10.2.4 熱/壓力誘導下π-π堆積模式的變化 379
10.3 n-π堆積 380
10.3.1 n-π堆積的內涵 380
10.3.2 n-π堆積結構 381
10.3.3 n-π堆積的本質：靜電相互作用 384
10.4 n-π堆積、π-π堆積和分子間氫鍵的對比 387
10.5 分子結構-堆積模式間關系：以D2h和D3h分子為例 389
10.5.1 數(shù)據(jù)采集及分子堆積模式確認 389
10.5.2 分子結構和堆積模式 389
10.5.3 層內分子間相互作用 391
10.5.4 平面層狀堆積的D2h和D3h分子的特性 399
10.6 結論與展望 400
參考文獻 401
11 低感高能材料的晶體工程
11.1 引言 408
11.2 含能材料能量-安全性間的矛盾 408
11.3 含能材料的晶體堆積模式與撞擊感度間的關系 409
11.4 高晶體堆積密度含能化合物的構筑策略 415
11.4.1 晶體結構數(shù)據(jù)收集 417
11.4.2 高密度含能化合物的dm-PC矛盾 417
11.4.3 分子組成和分子間相互作用對密度的影響 422
11.4.4 提升晶體堆積密度的策略 425
11.5 創(chuàng)制低感高能材料的策略 429
11.5.1 創(chuàng)制傳統(tǒng)低感含能材料的策略 429
11.5.2 創(chuàng)制低感含能共晶或降低含能共晶感度的策略 430
11.5.3 創(chuàng)制低感含能離子化合物或降低含能離子化合物
感度的策略 433
11.6 結論與展望 434
參考文獻 435
附錄1 常用符號及其中英文含義對照 441
附錄2 分子縮寫與中英文全名對照 445
附錄3 晶體編號與中英文全名對照 459
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