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基于反应分子动力学模拟的HMX太赫兹激光烧蚀微观机制研究
摘要： 飞秒激光（fs-laser）脉冲具有超短脉宽和超高能量的特点，在含能材料精密加工领域极具应用前景。相较于传统机械加工方法，飞秒激光加工技术具有高安全性、高精度和无污染等优势。深入理解飞秒激光与含能材料的相互作用机制是发展该加工技术的基础。本文采用反应分子动力学（ReaxFF-MD）方法模拟了八氢-1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷（HMX，一种高能炸药）的飞秒激光烧蚀过程，研究了不同激光能量下HMX的烧蚀机理。结果表明：HMX的飞秒激光烧蚀机理与激光功率密度密切相关。当激光功率密度足够高时（3.4×101? W/cm2，1.0 mJ/脉冲），HMX在皮秒量级（~7.65 ps）发生电离或分解反应，产生高温高压等离子体，伴随大量N、H、O单原子及其离子产物，以及NO?、H?O、CO?、N?、H?、NH、NH?、CO、OH、CNO?等小分子碎片和少量有毒产物NO、HNO?。此时HMX的去除过程通过相爆炸机制实现。随着激光能量降低，烧蚀产物的电离程度减弱，单原子及离子产物减少，而NO、HNO?、HNO等有毒小分子增多。当激光功率密度较低时（0.34×101? W/cm2，0.1 mJ/脉冲），HMX通过光机械机制去除，以完整初始分子形式逸出；当激光功率密度接近炸药烧蚀阈值时，HMX分子仅部分熔融而未脱离晶体表面。因此，通过合理选择飞秒激光能量，可实现含能材料的精密加工及高纯度含能纳米材料的制备。
关键词： 含能材料，ReaxFF-MD，飞秒激光，HMX，烧蚀机理
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过针尖增强拉曼光谱实现纳米级共晶的表面表征
摘要： 原子力显微镜结合针尖增强拉曼光谱技术（AFM-TERS）被用于获取单纳米共晶体的结构与表面组成信息。为此，选用了由2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂四环-[5.5.0.03,11.05,9]-十二烷（CL-20）与1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷（HMX）按2:1摩尔比（CL-20/HMX）构成的共晶体系。通过喷雾闪蒸法制备了CL-20/HMX纳米片，并采用粉末X射线衍射与原子力显微镜研究确保其共晶性与纳米结构特性。结果表明，虽然相干长度略短于实测粒径尺寸，但两者处于相近水平——这一事实说明纳米共晶体内部缺陷被最小化。共晶性还通过共聚焦拉曼光谱得到进一步验证：选取CL-20与HMX的特征标记峰，在CL-20/HMX光谱中呈现约2.5:1（CL-20:HMX）的强度比。随后运用AFM-TERS对单CL-20/HMX纳米片进行表面研究，TERS的表面敏感性揭示了CL-20与HMX的拉曼强度比在纳米片表面发生反转，由此推断纳米共晶体表面由HMX分子层构成。对目标标记振动简正坐标的理论近似计算支持该结论——该计算排除了因CL-20/HMX纳米片与拉曼散射系统间特定取向导致强度比反转的可能性。基于此发现，本文提出了一种冲击点火机制。
关键词： 表面表征、CL-20/HMX、原子力显微镜-针尖增强拉曼光谱、拉曼光谱、纳米共晶
更新于2025-09-23 15:19:57
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氧化铜薄膜分解对激光脉冲引燃有机炸药的影响
摘要： 本研究展示了三层体系（玻璃-氧化铜(CuO)-炸药材料(EM)）中PETN点火的实验结果，以及采用YLS-150光纤激光器（脉宽20毫秒）加热CuO薄膜引发PETN、RDX、HMX和TATB点火的数值模拟结果。数值模拟中考虑了CuO薄膜分解的吸热反应及EM的分解反应。研究发现，CuO分解反应的吸热效应会延长EM的动态点火延迟时间。推导出了恒定热流加热条件下EM反应层宽度的估算公式。计算表明，在三层体系（玻璃-CuO-EM）中，有机炸药激光脉冲点火的动态阈值在氧化铜薄膜厚度为5毫米时达到最小值。炸药临界点火能量的激光脉冲密度按PETN、RDX、HMX、TATB顺序递增。PETN动态点火延迟时间随CuO薄膜厚度的变化计算结果与实验数据相符。
关键词： 季戊四醇四硝酸酯（PETN）、炸药、黑索金（RDX）、三氨基三硝基苯（TATB）、氧化铜、奥克托今（HMX）、激光点火、模拟
更新于2025-09-11 14:15:04