含能材料感度評估的空間位阻指數(shù)算法和程序設(shè)計

崔 濤，劉知涵，謝 瑋，薛向貴

（1. 上海大學理學院化學系，上海 200444；2. 上海大學材料基因組工程研究院，上海 200444；3. 中國工程物理研究院化工材料研究所，四川 綿陽 621999）

1 引言

含能材料的感度研究在近年愈發(fā)受到關(guān)注。以實驗方式得到含能材料的撞擊感度需要合成含能材料大單晶因而比較困難，如何通過非實驗的方式比較不同含能材料的撞擊感度一直是此領(lǐng)域的研究熱點。在過去對含能材料撞擊感度的研究中，Menikoff等［1］及Dick 等［2］報道了奧克托今（HMX）的β 相在撞擊載荷下的塑性變形與滑移運動直接相關(guān)，熱力學響應(yīng)和撞擊感度具有明顯的各向異性，晶體內(nèi)滑移面兩側(cè)的空間位阻對各向異性的感度起主要作用，且敏感晶面的空間位阻大。 Zyben［3］使用基于ReaxFF 反應(yīng)力場的分子動力學模擬研究了太安（PETN）單晶在壓縮-剪切載荷下的物理化學響應(yīng)，計算得到的熱力學響應(yīng)和撞擊感度的各向異性與撞擊實驗結(jié)果一致。Swell 等［4］報道了HMX 的塑性變形以沿著某些滑移系的位錯運動為主。同年An 等［5］使用壓縮-剪切反應(yīng)動力學（compress-and-shear reactive dynamics，CS-RD）模擬研究了奧克托今（RDX）晶體的撞擊感度的各向異性，所得計算結(jié)果與已有實驗具有較高的一致性。但是，由于缺乏合適的力場等原因，苯并氧化呋咱（BTF）和梯恩梯（TNT）等仍未有公開的CS-RD 記錄報道，因此使用第一性原理和其他方法研究含能材料撞擊感度仍存在較大的發(fā)展空間。

除了分子動力學模擬以外，An 等［5］還基于含能材料中分子重疊程度定義了空間位阻指數(shù)（Steric Hindrance Index，SHI）。使用SHI 定量評估和預(yù)測含能材料撞擊感度的優(yōu)勢在于只需晶體結(jié)構(gòu)作為輸入，不考慮原子馳豫和化學反應(yīng)，無須做代價昂貴的分子動力學模擬，因而高效且獨立于力場。……