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摘 要

本文将主要使用冷却结晶法进行实验，通过控制变量，改变实验试剂的方式做许多对比实验，完成甲胺-三乙烯二胺高氯酸盐共晶（MT）的制备，以及用溶剂-反溶剂法^[1]对制得的晶体进行细化实验，制得较高纯度的MT共晶。学习使用Materials Studio软件及Origin软件，对实验数据从能带、带隙、态密度、键长及晶胞参数等方面进行分析、作图，初步探究了压力对MT共晶安全性能的影响，研究发现MT晶体随着压力增大而敏感，安全性能降低。

关键词：甲胺-三乙烯二胺高氯酸盐 共晶化合物制备 能带 态密度 安全性能

Preparation of Ammonium Perchlorate Eutectic Compound MT

Abstract

The cooling crystallization method will be mainly used for experiments in this paper.By controlling the variables and changing the method of experimental reagent, many comparative experiments were conducted to complete the preparation of methylamine triethylenediamine-perchlorate eutectic (MT), and the solvent - anti-solvent method was used to refine the crystal and obtain MT eutectic with higher purity.MaterialsStudio and Origin software were used to analyze and draw the experimental data from the aspects of energy band, band gap, density of states, bond length and cell parameters, etc. The effect of pressure on the safety performance of MT eutectic was preliminarily explored. The study found that MT crystal was sensitive with the increase of pressure and its safety performance decreased.

Key words: methylamine-triethylenediamine perchlorate; specific experimental phenomena and comparison; band gap; density of states; safety performance

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1选题背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国内研究现状 1

1.2.2国外研究现状 2

第二章 实验基础知识 3

2.1化学实验室安全知识 3

2.1. 实验室注意事项 3

2.1.2危险品化学品注意事项 3

2.1.3突发情况应对措施 3

2.2处理实验室“三废”的方法 4

2.3实验仪器及所需试剂 4

2.3.1实验仪器 4

2.3.2实验试剂 5

第三章 实验过程、步骤及现象 7

3.1高氯酸 甲胺水溶液 二乙胺 7

3.2高氯酸 甲胺水溶液 三乙胺 9

3.3甲胺水溶液 三乙烯二胺 高氯酸 10

3.4甲胺水溶液 无水乙二胺 三乙烯二胺 高氯酸 11

3.5晶体细化 13

3.5.1正细化 13

3.5.2反细化 14

第四章 MT晶体 17

4.1 MT晶体简介 17

4.2 MT晶体建模 17

第五章 实验数据分析 21

5.1 能带与态密度 21

5.2 MT压力模拟结果分析 21

参考文献 44

致谢 46

第一章 绪论

1.1选题背景

随着现代科学的进步，我们对含能材料的需求也越来越多。含能材料就是指含有可燃性物质和氧化性物质或者具有爆炸性的基团，在短时间内能迅速且独立发生化学反应，通过材料内部不稳定化学键断裂，再形成新的稳定化学键，从而释放极大能量的材料^[2]。含能材料的历史发展经历了几个阶段：从黑火药的诞生到“三硝基苯酚”也就是“苦味酸”现世再到梯恩梯（TNT）的量化生产，以及威力是TNT 1.58倍的新型炸药黑索金（RDX）和硝铵炸药系列的奥克托今（HMX）的问世，科学家对含能材料不断探索研究，加速了人类文明发展。

但是传统含能材料往往感度较低能量也比较低，而有了高能量，它的感度也升高了，安全性能就会大大降低，无法同时具有高能量和低感度，为了解决这一矛盾，科学家提出了高能钝感炸药的概念，强调在保证含能材料较高能量水平的同时，尽可能的降低其感度，实现高能和低感的结合^[3]。为了获得能满足要求的含能材料，目前常用的两种方法：①合成新的高能化合物②从分子层面改变材料内部结构和组成，通过改性的方法降低高能量材料的感度^[4]。经过科学家不断研究探索，发现一种可行的新兴降感方法，那就是利用共晶技术来降低原本高能量高感度含能材料的感度 ^[5-6]。

本文通过阅读大量相关论文，研究实验反应发生的可能性、分子中成键的原子或基团的结构，介绍甲胺类高氯酸盐共晶含能材料的组成，以及制备过程中运用控制变量法研究产物性质以及分析了甲胺-三乙烯二胺-高氯酸盐共晶的能带与态密度。

1.2国内外研究现状

相比国内，国外科学家对共晶化合物的相关研究较早，发现了许多我国科研人员尚未涉猎相关研究的一些晶体性质，但是许多研究尚不完善，结果不够严谨，我国科研人员也早就开始顺着国外的许多研究方向，通过改变一些条件，进行共晶化合物性质的更多探索研究，也取得了不错的成果。

1.2.1国内研究现状

科学家、学者对共晶化合物研究的脚步从未停止。卫春雪、段晓惠^[7]等运用分子动力学（MD）模拟方法研究了共晶炸药的结构性能，研究结果表明在HMX与TATB的共晶结构中主要是氢键和范德华力这两种分子间的作用力，使得形成的共晶结构稳定，HMX更加钝感；杨宗伟^[8]团队利用溶剂挥发法制备出共晶炸药，不仅提高了共晶的产率，也使炸药的性能得到了改善；马鹏博士^[9]合成TNT/TNB共晶，并对其进行分子动力学模拟，应用密度泛函理论研究了TNT/TNB共晶在不同压力和温度下的能带和态密度。

1.2.2国外研究现状

许多学者通过实验及对实验数据用Materials Studio软件进行模拟的方式，研究不同含能材料所形成的共晶在密度、感度、爆速、安全性能和爆轰性能等方面的差异，并不断寻找性能优化的可能性。

Matzger团队^[10]利用卤素元素进行实验，发现形成的卤素化合物密度更高，更容易合成，且更加稳定；Onas团队^[11]研究共晶形成机理，发现不同基团之间的氢键作用不同。landenberger，kira b^[12]发现丙酮过氧化物虽然易于合成且成本低廉，但因其稳定性差、高灵敏度和低密度（低爆炸功率的指标）等性能缺陷大大限制了其应用。通过共晶，DADP的密度、氧平衡和稳定性等性能得到了显著改善。随着军事技术不断发展，对含能材料的需求也越来越广，不仅对能量，更对晶体的安全性能提出了更高的要求^[13]。故本文即对高压下MT晶体的能带、带隙、态密度以及键角等进行了分析，探究了压力对其安全性能的影响规律。

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