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分子空位缺陷对环三亚甲基三硝胺含能材料几何结构、电子结构及振动特性的影响

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物理学报 2015年第24期64卷 148-156页

作者：彭亚晶蒋艳雪渤海大学物理系锦州121013 中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室大连116023

含能材料中的微观缺陷是导致"热点"形成并相继引发爆轰的重要因素.然而,由于目前人们对材料内部微观缺陷的认识不足,限制了对含能材料中"热点"形成微观机理的理解,进而阻碍了含能材料的发展和应用.为了洞悉含能材料内部微观缺陷特性及... 详细信息

含能材料中的微观缺陷是导致"热点"形成并相继引发爆轰的重要因素.然而,由于目前人们对材料内部微观缺陷的认识不足,限制了对含能材料中"热点"形成微观机理的理解,进而阻碍了含能材料的发展和应用.为了洞悉含能材料内部微观缺陷特性及探索缺陷引发"热点"的形成机理,利用第一性原理方法研究了分子空位缺陷对环三亚甲基三硝胺(RDX)含能材料的几何结构、电子结构及振动特性的影响,探讨了微观缺陷对初始"热点"形成的基本机理.采用周期性模型分析了分子空位缺陷对RDX几何结构、电子能带结构、电子态密度及前线分子轨道的影响.采用团簇模型分析了分子空位缺陷对RDX振动特性的影响.结果发现,分子空位缺陷的存在使其附近的N—N键变长,分子结构变得松弛;使导带中很多简并的能级发生分离,电子态密度减小,并使由N-2p和O-2p轨道形成的导带底和价带顶均向费米面方向移动,降低了能带隙值,增加了体系活性.前线分子轨道及红外振动光谱的计算分析表明,分子缺陷使最高已占分子轨道电荷主要集中在缺陷附近的分子上,且分子中C—H键和N—N键能减弱.这些特性表明,分子空位缺陷的存在使体系能带隙变小,并使缺陷附近的分子结构松弛,电荷分布增多,反应活性增强;在外界能量激发下,缺陷附近分子将变得不稳定,分子中的C—H键或N—N键较易先发生断裂,发生化学反应释放能量,进而成为形成"热点"的根源.

关键词：空位缺陷含能材料电子结构振动特性

振动颗粒物质“巴西果"分离效应实验和理论研究

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物理学报 2012年第13期61卷 273-280页

作者：彭亚晶张卓王勇刘小嵩渤海大学物理系锦州121000

本文通过实验和理论研究了影响"巴西果"分离的因素及其物理机理.分析了振动加速度、大小颗粒尺寸和密度对分离时间的影响,并利用流体模型对分离时间作估算,对实验结果进行定性解释.结果表明在振动频率固定时,调节振动加速度是控制"巴西... 详细信息

本文通过实验和理论研究了影响"巴西果"分离的因素及其物理机理.分析了振动加速度、大小颗粒尺寸和密度对分离时间的影响,并利用流体模型对分离时间作估算,对实验结果进行定性解释.结果表明在振动频率固定时,调节振动加速度是控制"巴西果"分离的一个主要手段.振动加速度存在一个临界值,当高于此临界值时,"巴西果"分离的主要物理机理由对流机理转变为几何填空机理,且振动加速度对分离影响变小,大颗粒尺寸对分离的影响增大.可通过调节大颗粒的尺寸来改变分离效果.当大、小颗粒密度比为1时,仍会出现"巴西果"分离现象.增大小颗粒尺寸或密度可以促进"巴西果"分离.

关键词：颗粒物质 “巴西果”分离分离时间分离机理

冲击加载下环三亚甲基三硝胺的初始动态响应及反应机理

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物理学报 2021年第15期70卷 292-300页

作者：彭亚晶孙爽刘伟娜刘宇辉渤海大学物理科学与技术学院锦州121000

当前,对暴露于极端环境中的含能材料的相对安全性的关注日益增加.理解含能材料在冲击加载下的初始分解机理是探索新型高能顿感材料的基础.本文利用多尺度冲击技术(multi-scale shock technique,MSST)结合反应力场(ReaxFF)分子动力学的... 详细信息

当前,对暴露于极端环境中的含能材料的相对安全性的关注日益增加.理解含能材料在冲击加载下的初始分解机理是探索新型高能顿感材料的基础.本文利用多尺度冲击技术(multi-scale shock technique,MSST)结合反应力场(ReaxFF)分子动力学的方法研究冲击加载下环三亚甲基三硝胺(RDX)的完美晶体和分子空位晶体的初始动态响应及反应机理,计算了可能参与反应的原子间径向分布函数,分析了不同冲击速度及分子空位缺陷对冲击加载过程的影响.结果表明:在冲击加载下,完美RDX晶体和空位RDX晶体的初始分解方式均为首先发生N-NO_(2)键断裂,随后是C-N键的断裂.此外,还可能会出现C-H键断裂,并有氢转移到硝基中的氧原子上形成HONO.随着冲击速度的增加,两种RDX晶体的化学键断裂数目增多,反应更强烈.分子空位缺陷的存在增强了N-NO_(2)的反应活性,使其更易发生断裂,进而加速空位RDX晶体的初始反应.

关键词：含能材料多尺度冲击分子动力学空位缺陷径向分布函数

液相硝基甲烷分子振动特性的相干反斯托克斯拉曼散射光谱

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物理学报 2018年第2期67卷 146-152页

作者：彭亚晶孙爽宋云飞杨延强渤海大学物理系锦州121013 中国工程物理研究院流体物理研究所绵阳621900

构建时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)光谱系统,从微观层次研究硝基甲烷的分子相干振动动力学特性.实验中采用超连续白光作为斯托克斯光,通过调整斯托克斯光的时间延迟,得到不同振动模式的CARS光谱.通过对振动弛豫曲线的拟合,获得... 详细信息

构建时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)光谱系统,从微观层次研究硝基甲烷的分子相干振动动力学特性.实验中采用超连续白光作为斯托克斯光,通过调整斯托克斯光的时间延迟,得到不同振动模式的CARS光谱.通过对振动弛豫曲线的拟合,获得硝基甲烷分子不同振动模式的振动失相时间.结果表明C-H键伸缩振动比C-N键伸缩振动更容易受热声子的影响.在热加载下,硝基甲烷分子的C-H键有望首先被激发并引起初始化学反应.

关键词：含能材料分子振动相干反斯托克斯拉曼散射光谱失相时间

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含能材料起爆过程“热点”理论研究进展

化学通报 2015年第8期78卷 693-701页

作者：彭亚晶叶玉清渤海大学数理学院物理系锦州121013 中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室大连116023 爆炸科学与技术国家重点实验室(北京理工大学) 北京100081

对含能材料起爆机理的深入了解是提高含能材料安全可靠性的根本。"热点"起爆机理是目前被广泛认可的一种理论。本文主要介绍了"热点"理论的产生历史和"热点"模型,以及从宏观和微观两个角度概括总结实验和理论上对"热点"形成机制的新研... 详细信息

对含能材料起爆机理的深入了解是提高含能材料安全可靠性的根本。"热点"起爆机理是目前被广泛认可的一种理论。本文主要介绍了"热点"理论的产生历史和"热点"模型,以及从宏观和微观两个角度概括总结实验和理论上对"热点"形成机制的新研究成果。比较分析了"热点"模型的有效性,并提出了"热点"起爆理论中存在的一些问题和今后的研究方向。分析表明,"热点"起爆机理是一种重要的且比较复杂的理论,它不仅与含能材料分子结构特性有关,还与晶体缺陷类型以及外界能量注入方式有关。同时,它涉及到外界能量向材料内部热能的转化,并在热、力及化学反应耦合作用下发展的复杂的物理化学过程。因而,从原子分子层次分析微观结构与外界能量的耦合机制是深入理解"热点"理论的有效途径。

关键词：含能材料起爆热点形成机制

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硝化纤维含能材料热物性参数的测量与分析

含能材料 2013年第6期21卷 760-764页

作者：彭亚晶王勇刘玉强张伟杨延强渤海大学物理系辽宁锦州121013 哈尔滨工业大学物理系黑龙江哈尔滨150001 河北工业大学材料科学与工程学院天津300130

为了确定硝化纤维（含氮量11.89%～13.5%）的热物性参数,进行热分析计算,揭示其反应动力学机制,采用激光闪射法和差示扫描量热法对含氮量12%的硝化纤维的热物性参数进行了测量。给出了其熔点以下25～140 ℃的热扩散率、比热容及热导率... 详细信息

为了确定硝化纤维（含氮量11.89%～13.5%）的热物性参数,进行热分析计算,揭示其反应动力学机制,采用激光闪射法和差示扫描量热法对含氮量12%的硝化纤维的热物性参数进行了测量。给出了其熔点以下25～140 ℃的热扩散率、比热容及热导率的数值。结果表明,随着温度的升高,比热容逐渐增大,而热导率和热扩散率有所减小,但变化幅度并不显著。在热分析计算时,这些参数可近似为一组平均值： cp=1.131 J·g-1·K-1,D=0.413 mm2·s-1,λ=0.142 W·m-1·K-1。

关键词：热物性学含能材料硝化纤维热物性激光闪射法差示扫描量热法(DSC)

Large Negative Differential of Heat Generation in a Two-Level Quantum Dot Coupled to Ferromagnetic Leads

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Communications in Theoretical Physics 2015年第12期64卷 747-752页

作者：彭亚晶郑军迟锋 School of Mathematics and Physics Bohai University College of New Energy Bohai University College of Engineering Bohai University

Heat current exchanged between a two-level quantum dot(QD) and a phonon reservoir coupled to it is studied within the nonequilibrium Green's function method. We consider that the QD is connected to the left and right ferromagnetic leads. It is found that the negative differential of the heat generation(NDHG) phenomenon,i.e.,the intensity of the heat generation decreases with increasing bias voltage,is obviously enhanced as compared to that in single-level QD system. The NDHG can emerge in the absence of the negative differential conductance of the electric current,and occurs in different bias voltage regions when the magnetic moments of the two leads are arranged in parallel or antiparallel configurations. The characteristics of the found phenomena can be understood by examining the change of the electron number on the dot.

关键词： quantum dot heat generation ferromagnetic lead

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气相水杨酸激发态分子内质子转移特性分析

化学通报 2015年第10期78卷 923-927页

作者：彭亚晶付星蒋艳雪渤海大学物理系锦州121013 中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室大连116023 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)研究了气相水杨酸(SA)分子的激发态氢键动力学过程。通过对水杨酸分子基态和激发态结构的优化,以及对其稳态吸收和发射光谱特性、前线分子轨道、红外振动光谱和势能曲线的计算分析,阐... 详细信息

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)研究了气相水杨酸(SA)分子的激发态氢键动力学过程。通过对水杨酸分子基态和激发态结构的优化,以及对其稳态吸收和发射光谱特性、前线分子轨道、红外振动光谱和势能曲线的计算分析,阐明水杨酸分子内质子转移可在激发态下自发地发生,导致其激发态可存在烯醇式和酮式两种异构体结构,并揭示了这种质子转移源于分子内电荷转移的激发态氢键的加强机制。

关键词： TD-DFT 前线分子轨道激发态分子内质子转移红外振动光谱势能曲线

皮秒和纳秒单脉冲激光加热Al/NC复合纳米含能材料的热动力学分析

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物理学报 2009年第1期58卷 655-661页

作者：彭亚晶刘玉强王英惠张淑平杨延强哈尔滨工业大学物理系凝聚态科学与技术研究中心哈尔滨150001

对纳米金属颗粒复合含能材料这一新兴体系的单脉冲激光作用的热动力学过程进行了理论分析.推导了分散在介质中的纳米金属颗粒吸收脉冲激光能量的瞬时功率密度.从热分解机理出发对纳米金属铝复合硝化纤维(Al/NC)薄膜吸收脉冲激光能量过... 详细信息

对纳米金属颗粒复合含能材料这一新兴体系的单脉冲激光作用的热动力学过程进行了理论分析.推导了分散在介质中的纳米金属颗粒吸收脉冲激光能量的瞬时功率密度.从热分解机理出发对纳米金属铝复合硝化纤维(Al/NC)薄膜吸收脉冲激光能量过程以及伴随着放热化学反应的热点热量传播过程进行了数值模拟,计算了不同质量分数的Al/NC薄膜样品分别在100ps,10ns,25ns脉冲激光作用下的化学反应直径.计算结果与实验数据相比较,表明了热分解基本符合10ns,25ns脉冲激光引发含能材料反应的机理,但它并不符合100ps脉冲激光作用过程.

关键词：热分解化学反应脉冲激光含能材料