目錄 01 緒言 1.1 含能材料 2 1.2 含能材料的本征結(jié)構(gòu) 6 1.3 引入本征結(jié)構(gòu)的益處 11 1.4 本書(shū)目的及組織結(jié)構(gòu) 12 參考文獻(xiàn) 13 02 含能晶體分類 2.1 引言 16 2.2 含能晶體分類標(biāo)準(zhǔn) 17 2.2.1 基本結(jié)構(gòu)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(guān)系 32 2.4.2 晶體類型與其能量的關(guān)系 34 2.5 結(jié)論與展望 34 參考文獻(xiàn) 35 03 分子模擬方法在含能材料本征結(jié)構(gòu)中的應(yīng)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(yīng)用 43 3.2 量子化學(xué)方法及其應(yīng)用 46 3.2.1 量子化學(xué)方法概述 46 3.2.2 描述幾何結(jié)構(gòu) 49 3.2.3 描述電子結(jié)構(gòu) 50 3.2.4 描述熱力學(xué)性質(zhì) 52 3.2.5 描述反應(yīng)性 53 3.3 DFT色散校正方法及其應(yīng)用 54 3.3.1 預(yù)測(cè)晶體密度 57 3.3.2 預(yù)測(cè)晶胞參數(shù) 60 3.3.3 預(yù)測(cè)晶格能 61 3.3.4 計(jì)算效率的比較 62 3.4 分子力場(chǎng)方法及其應(yīng)用 64 3.4.1 經(jīng)典力場(chǎng)及其應(yīng)用 65 3.4.2 一致性力場(chǎng)及其應(yīng)用 68 3.4.3 反應(yīng)性力場(chǎng)及其應(yīng)用 69 3.5 Hirshfeld表面分析法及其應(yīng)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(yù)測(cè)剪切滑移特性和撞擊感度 80 3.5.6 Hirshfeld法優(yōu)缺點(diǎn)小結(jié) 81 3.6 用于計(jì)算含能分子和晶體的軟件及數(shù)據(jù)庫(kù) 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(jié)論與展望 90 參考文獻(xiàn) 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(jī)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(guò)氧化物 132 4.5 全氮分子 134 4.6 結(jié)論與展望 138 參考文獻(xiàn) 139 05 含能分子晶體的多晶型與晶型轉(zhuǎn)變 5.1 引言 152 5.2 多晶型與晶型轉(zhuǎn)變 152 5.2.1 多晶型 152 5.2.2 晶型轉(zhuǎn)變 154 5.3 晶型轉(zhuǎn)變的影響因素 156 5.3.1 晶體品質(zhì) 156 5.3.2 添加劑 157 5.4 晶型的結(jié)構(gòu)和能量差異 158 5.4.1 分子結(jié)構(gòu) 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(duì)熱解機(jī)制的影響 169 5.5.1 CL-20各晶型的熱解機(jī)制 169 5.5.2 HMX各晶型的熱解機(jī)制 173 5.6 晶型轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的FOX-7低撞擊感度 177 5.6.1 FOX-7各晶型的堆積結(jié)構(gòu) 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(zhuǎn)變間的相關(guān)性 183 5.7 控制晶型轉(zhuǎn)變的策略 184 5.7.1 重結(jié)晶 184 5.7.2 晶體包覆 184 5.7.3 添加添加劑 185 5.8 結(jié)論與展望 185 參考文獻(xiàn) 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(jié)構(gòu)和分子間氫鍵 202 6.4.1 堆積結(jié)構(gòu) 203 6.4.2 分子間氫鍵 204 6.4.3 氫鍵增強(qiáng)的影響 211 6.5 含能無(wú)機(jī)離子晶體 213 6.6 含能有機(jī)離子晶體 215 6.6.1 含四唑結(jié)構(gòu)的離子晶體 216 6.6.2 含三唑結(jié)構(gòu)的離子晶體 219 6.6.3 其他含能有機(jī)離子晶體 221 6.7 結(jié)論與展望 224 參考文獻(xiàn) 225 07 含能共晶 7.1 引言 231 7.2 共晶的定義和內(nèi)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(guān)術(shù)語(yǔ)的發(fā)展歷史 237 7.2.3 具有更寬內(nèi)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(jié)構(gòu) 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(xué) 259 7.4.1 計(jì)算方法 259 7.4.2 熱力學(xué)參數(shù) 260 7.5 含能共晶的性質(zhì)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(yīng)性：以CL-20/HMX共晶為例 268 7.6 結(jié)論與展望 272 參考文獻(xiàn) 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(jié)論與展望 305 參考文獻(xiàn) 305 09 氫鍵、氫轉(zhuǎn)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(duì)晶體堆積的影響 322 9.3.2 氫鍵對(duì)撞擊感度的影響 324 9.4 氫轉(zhuǎn)移 324 9.4.1 分子內(nèi)氫轉(zhuǎn)移 325 9.4.2 晶體中的氫轉(zhuǎn)移 335 9.5 氫轉(zhuǎn)移的影響 341 9.5.1 氫轉(zhuǎn)移對(duì)熱穩(wěn)定性的影響 341 9.5.2 氫轉(zhuǎn)移對(duì)撞擊感度的影響 353 9.6 含能化合物中的鹵鍵 358 9.7 結(jié)論與展望 359 參考文獻(xiàn) 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(wú)氫鍵輔助的π-π堆積 378 10.2.4 熱/壓力誘導(dǎo)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(nèi)涵 380 10.3.2 n-π堆積結(jié)構(gòu) 381 10.3.3 n-π堆積的本質(zhì)：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(duì)比 387 10.5 分子結(jié)構(gòu)-堆積模式間關(guān)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(rèn) 389 10.5.2 分子結(jié)構(gòu)和堆積模式 389 10.5.3 層內(nèi)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(jié)論與展望 400 參考文獻(xiàn) 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(guān)系 409 11.4 高晶體堆積密度含能化合物的構(gòu)筑策略 415 11.4.1 晶體結(jié)構(gòu)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(duì)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(jié)論與展望 434 參考文獻(xiàn) 435 附錄1 常用符號(hào)及其中英文含義對(duì)照 441 附錄2 分子縮寫與中英文全名對(duì)照 445 附錄3 晶體編號(hào)與中英文全名對(duì)照 459