《MS表面能计算》 - 360文档中心

表面能计算原理说明书

表面能計算原理說明表面能為固體與氣體間之界面張力的一般定義,如同液體的表面張力為液體與氣體間之界面張力以表示,同樣的固-氣間的界面張力以表示,然而表面能雖然可明確被定義,然而卻無法如液體一樣被直接測量.由楊氏熱力平衡方程式如下:=+:固體表面能, :液體表面張力, :固-液間界面張力, :接觸角上述方程式右邊及可由儀器測量而得,然而尚有兩個未知數,因此無法直接算出表面能,因此表面能並無所謂正確或標準值,只能由一些模型中提供另一組方程式以便求出 ,這些模型皆有假設條件,因此所算出的結果只能算是表面能近似值.目前常用的模型如下:1.Zisman Plot (critical wetting tension)2.Fowkes3.Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK)4.Extended Fowkes5.Wu harmonic mean6.Equation-of-state7.Lewis acid/base theory使用上述方法各別計算,可能得到之結果彼此有高達25%的差異,然而每種方法皆有其適用的表面固體,然而卻無所謂正確或標準值,雖然如此,表面能仍具有原理的基礎性,可如液體表面張力般具備客觀性,同時對於一般所適用的模式,其誤差還是在可接受的範圍內.臨界表面張力- Zisman Plot由楊氏熱力平衡方程式如下:=+其中::接觸角,:固體表面能, :液體表面張力, :固-液間界面張力適用: 表面能< 100 mN/m(低能表面)的固體表面,液滴在表面形成的接觸角主要是液體表面張力的函數,對於給定的固體表面和同系列的相關液體(如烷? 二烷基脂和烷基鹵化物), 與有近似線性關係.對於非極性液體,關係十分相符,然對於高表面張力的極性液體,關係並不十分符合,直線開始彎曲.從對的曲線中,在=1時,可以得到固體的表面張力,稱為潤濕臨界表面張力,它的定義是指液體剛好鋪展到固體表面產生完全潤濕時的表面張力,即時,液體將鋪展,當時,液體將形成液滴,具有非零接觸角.Fowkes方法假定: 液體及固體表面張力可分為色散力和極性作用力,若固液兩相中有一相是非極性,則固液之間只有色散力相互作用,無極性作用力:; 無極性作用力,則Ip = 0.即或式中和分別表示固體和液體表面張力的色散力部份.根據(1.4), 對作圖得一直線,其斜率為, 從直線斜率可得到固體的值.對於非極性固體, , 故用Fowkes方法,可得到非極性固體的表面能.對於非極性液體,也有, 根據(1-4)式, 可得出下式:當時,用Zisman方法得到的非極性固體臨界表面張力可表徵其固體的表面能.Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK) Method 假定: 分子色散力(disperse)和極性力(polar)為各自獨立作用且合力可加總測試液體數量: n >= 2Extended Fowkes Method假定: 分子色散力(disperse),極性力(polar)及氫鍵力(hydrogen-bond)為各自獨立作用且合力可加總測試液體數量: n >= 3Wu (harmonic mean)方法1. 使用倒數平均法計算不同分子間的作用力2. 不僅考慮色散力,也同時考慮分子間極性作用力的影響.得到下列公式:式中表示表面張力的極性影響力, 和分別表式固體表面能和液體的表面張力,故只要測兩種或兩種以上極性不同的液體在固體表面的接觸角,解聯立方程式,即可得出固體表面能和值.Equation-of-State (Neumann)假定: 固體,液體表面張力和固液界面張力間存在某種關係,且表面張力及界面張力並非各種作用力之加總結果∙[1]∙[2]∙Young’s Eq.: In combination with Eq. [2], the following equation-of-state was derived :∙[3]∙The value of is determined using the Newton's routine from Eq. [3].∙測試液體數量: n = 1Acid-Base method假定固體表面自由能藉由三大項所組成：非極性項(分散力項)、路義士酸(Lewis acid)項、。

基于wenzel方程的表面能计算

基于wenzel方程的表面能计算一、介绍1. 表面能的概念表面能是固体与液体相互作用的重要物理性质，它直接影响着物体的表面形貌、润湿性和粘附性等重要性质。

计算表面能能够帮助我们更好地理解固液相互作用的机理，有助于在材料科学、化工等领域的应用。

2. wenzel方程的基本原理wenzel方程是由Robert L. Wenzel在1936年提出的，用于描述固体表面与液体之间的接触角。

该方程是通过考虑固体微观结构来修正Young方程，使得其更适用于实际情况。

3. 基于wenzel方程的表面能计算的意义基于wenzel方程进行表面能计算能够更准确地预测固体-液体界面的性质，为材料科学、生物医学、环境工程等领域的研究和应用提供重要的参考依据。

对于基于wenzel方程的表面能计算进行深入的研究具有重要的理论和应用意义。

二、基于wenzel方程的表面能计算的方法1. 数据采集首先需要采集固体与液体之间的接触角数据，可以通过光学测量、接触角仪等实验手段进行。

另外，还需要获取固体表面的微观结构参数，如微观粗糙度等。

2. wenzel方程的应用将实验获得的接触角数据代入wenzel方程中，结合固体表面的微观结构参数，可以计算出实际情况下的接触角。

这一步是基于wenzel方程的表面能计算中的关键一步，也是最关键的一步。

3. 表面能的计算通过实际得到的接触角和之前采集的固体表面参数，可以利用Young方程等相关理论计算出固体与液体之间的表面能。

这一步是基于wenzel方程的表面能计算的核心步骤。

三、基于wenzel方程的表面能计算的应用1. 在材料领域的应用基于wenzel方程的表面能计算可以帮助我们更准确地设计材料的表面形貌，改善材料的润湿性和粘附性等性能。

这对于涂层材料、新型功能材料的设计和性能改进具有重要意义。

2. 在生物医学领域的应用在医疗器械表面涂层、生物材料的润湿性改进等领域，基于wenzel方程的表面能计算也有着重要的应用。

ms surface energy计算

文章标题：深入探讨MS Surface Energy计算方法1. 介绍MS Surface Energy的概念MS Surface Energy是指材料表面的能量，也是表征材料表面活性和亲疏水性的重要参数。

在实际生产和应用中，准确计算和控制材料的表面能量对于改善材料的性能和降低生产成本都具有重要意义。

2. MS Surface Energy计算方法的基本原理MS Surface Energy的计算一般采用接触角测量法，这是一种基于液体在固体表面的珠面张力原理来计算表面能量的方法。

接触角测量法通过测量固体表面上的液滴接触角，结合Young方程和Owens-Wendt方程来计算固体表面的极性和非极性能量，进而得到MS Surface Energy的值。

3. MS Surface Energy计算方法的发展历程早期的MS Surface Energy计算方法主要基于Young方程和特定液体的表面张力值，存在着对特定液体的依赖性和单一性。

随着科学技术的进步，人们提出了更加精确和普适的计算方法，比如OWT模型、AB模型等，可以更全面地评估材料表面的能量情况。

4. 深入探讨MS Surface Energy计算的应用在材料科学、表面工程、化工等领域，MS Surface Energy计算得到了广泛的应用。

通过准确的表面能量计算，可以指导材料的设计与选择，优化材料的表面性能，提高材料的润湿性和附着性，从而推动产业的发展和应用。

5. 个人观点与理解通过对MS Surface Energy计算方法的研究与探讨，我们不仅可以更好地理解材料表面的能量状态，还能推动材料科学的发展和应用。

我个人认为，MS Surface Energy计算方法的不断完善和深化将为材料领域的发展带来更多的可能性和机遇。

总结：通过深入的研究与讨论，MS Surface Energy的计算方法已经逐渐走向成熟与普适，为材料科学与工程领域的发展提供了重要的支撑和指导。

表面能计算原理说明

表面能計算原理說明表面能為固體與氣體間之界面張力的一般定義,如同液體的表面張力為液體與氣體間之界面張力以表示,同樣的固-氣間的界面張力以表示,然而表面能雖然可明確被定義,然而卻無法如液體一樣被直接測量.由楊氏熱力平衡方程式如下:=+:固體表面能, :液體表面張力, :固-液間界面張力, :接觸角上述方程式右邊及可由儀器測量而得,然而尚有兩個未知數,因此無法直接算出表面能,因此表面能並無所謂正確或標準值,只能由一些模型中提供另一組方程式以便求出 ,這些模型皆有假設條件,因此所算出的結果只能算是表面能近似值.目前常用的模型如下:1.Zisman Plot (critical wetting tension)2.Fowkes3.Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK)4.Extended Fowkes5.Wu harmonic mean6.Equation-of-state7.Lewis acid/base theory使用上述方法各別計算,可能得到之結果彼此有高達25%的差異,然而每種方法皆有其適用的表面固體,然而卻無所謂正確或標準值,雖然如此,表面能仍具有原理的基礎性,可如液體表面張力般具備客觀性,同時對於一般所適用的模式,其誤差還是在可接受的範圍內.臨界表面張力- Zisman Plot由楊氏熱力平衡方程式如下:=+其中::接觸角,:固體表面能, :液體表面張力, :固-液間界面張力適用: 表面能< 100 mN/m(低能表面)的固體表面,液滴在表面形成的接觸角主要是液體表面張力的函數,對於給定的固體表面和同系列的相關液體(如烷? 二烷基脂和烷基鹵化物), 與有近似線性關係.對於非極性液體,關係十分相符,然對於高表面張力的極性液體,關係並不十分符合,直線開始彎曲.從對的曲線中,在=1時,可以得到固體的表面張力,稱為潤濕臨界表面張力,它的定義是指液體剛好鋪展到固體表面產生完全潤濕時的表面張力,即時,液體將鋪展,當時,液體將形成液滴,具有非零接觸角.Fowkes方法假定: 液體及固體表面張力可分為色散力和極性作用力,若固液兩相中有一相是非極性,則固液之間只有色散力相互作用,無極性作用力:; 無極性作用力,則Ip = 0.即或式中和分別表示固體和液體表面張力的色散力部份.根據(1.4), 對作圖得一直線,其斜率為, 從直線斜率可得到固體的值.對於非極性固體, , 故用Fowkes方法,可得到非極性固體的表面能.對於非極性液體,也有, 根據(1-4)式, 可得出下式:當時,用Zisman方法得到的非極性固體臨界表面張力可表徵其固體的表面能.Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK) Method 假定: 分子色散力(disperse)和極性力(polar)為各自獨立作用且合力可加總測試液體數量: n >= 2Extended Fowkes Method假定: 分子色散力(disperse),極性力(polar)及氫鍵力(hydrogen-bond)為各自獨立作用且合力可加總測試液體數量: n >= 3Wu (harmonic mean)方法1. 使用倒數平均法計算不同分子間的作用力2. 不僅考慮色散力,也同時考慮分子間極性作用力的影響.得到下列公式:式中表示表面張力的極性影響力, 和分別表式固體表面能和液體的表面張力,故只要測兩種或兩種以上極性不同的液體在固體表面的接觸角,解聯立方程式,即可得出固體表面能和值.Equation-of-State (Neumann)假定: 固體,液體表面張力和固液界面張力間存在某種關係,且表面張力及界面張力並非各種作用力之加總結果∙[1]∙[2]∙Young’s Eq.: In combination with Eq. [2], the following equation-of-state was derived :∙[3]∙The value of is determined using the Newton's routine from Eq. [3].∙測試液體數量: n = 1Acid-Base method假定固體表面自由能藉由三大項所組成：非極性項(分散力項)、路義士酸(Lewis acid)項、。

ms表面能计算公式

ms表面能计算公式MS表面能计算公式是指计算物体表面能的数学公式。

物体表面能是指物体分子或原子间的相互作用力所引起的表面现象。

表面能的计算可以通过不同的方法进行，其中最常用的方法是使用Young方程和Laplace方程。

本文将详细介绍这两个方程以及它们在计算表面能方面的应用。

一、Young方程Young方程是描述液体在固体表面上润湿性的数学公式。

该方程由英国科学家Thomas Young在1805年提出。

Young方程的数学表达式为：γsv = γsl + γlv*cosθ其中，γsv表示固体与气体（或液体）的界面表面能，γsl表示固体与液体的界面表面能，γlv表示液体与气体的界面表面能，θ表示接触角。

Young方程的应用非常广泛，可以用来解释液体在固体表面上的润湿性现象。

根据Young方程，当接触角小于90度时，液体在固体表面上会展开，形成润湿现象；当接触角大于90度时，液体在固体表面上会聚拢，形成不润湿现象。

通过测量接触角的大小，可以计算出物体表面的润湿性。

二、Laplace方程Laplace方程是描述液滴或气泡在表面张力作用下形状的数学公式。

该方程由法国数学家Pierre-Simon Laplace在1805年提出。

Laplace方程的数学表达式为：ΔP = 2γ/r其中，ΔP表示液滴（或气泡）内外的压强差，γ表示液体（或气体）的表面张力，r表示液滴（或气泡）的半径。

Laplace方程的应用可以用来解释液滴或气泡的形状。

根据Laplace方程，液滴或气泡的形状取决于表面张力和压强差的关系。

当液滴内外的压强差增大或表面张力减小时，液滴或气泡的形状会更加平坦；当液滴内外的压强差减小或表面张力增大时，液滴或气泡的形状会更加圆润。

通过测量液滴或气泡的半径和表面张力，可以计算出物体表面的形状。

总结：MS表面能计算公式主要包括Young方程和Laplace方程。

Young 方程用于计算物体表面的润湿性，可以通过测量接触角来得到表面能的数值。

液滴撞击固体表面过程的实验研究

液滴撞击固体表面过程的实验研究陈烽;王登飞;蔡子琦;高正明;刘新卫【摘要】对液滴撞击固体表面的过程进行实验研究,考察液滴的物性和操作条件对撞击过程的影响,结果表明:随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的增大、或撞击速度的减小,液滴的铺展直径、铺展速度和铺展面积均减小;液滴的能量在黏性中的耗散主要发生在撞击的初始阶段,随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的减小、或撞击速度的增大,黏性耗散的速率均增加.本文得到的关于液滴雷诺数和韦伯数的关联式可用于预测液滴的最大铺展直径和最大铺展面积.【期刊名称】《北京化工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(046)004【总页数】10页(P14-23)【关键词】液滴;撞击;铺展特性;黏性耗散【作者】陈烽;王登飞;蔡子琦;高正明;刘新卫【作者单位】北京化工大学化学工程学院,北京100029;中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院大庆化工研究中心,大庆 163714;北京化工大学化学工程学院,北京100029;北京化工大学化学工程学院,北京100029;北京化工大学机电工程学院,北京 100029【正文语种】中文【中图分类】TQ021.1引言液滴撞击固体表面的现象在过程工业中较为常见，如横管降膜蒸发［1］、喷淋吸收［2］和涡轮机的冷却［3］等。

在以传质为主要目的的过程中，液滴撞击固体表面过程中的表面积变化对传质性能有很大的影响。

Ai等［4］在对高速分散反应器的气体吸收性能进行的研究中，建立了用于预测反应器传质特性的传质表面积模型;在该模型中，液滴与反应器固体表面的碰撞是一个增大传质面积的重要过程。

研究物性和操作条件对液滴撞击固体表面过程中表面积变化的影响，进而深入理解此过程，可为此类设备的设计提供指导。

关于液滴撞击固体表面过程研究的方法主要有实验、理论分析和数值模拟。

文献［5］～［9］通过定量实验研究了液滴撞击静止的固体表面时铺展直径随时间变化的影响因素，如液滴的撞击速度、液体的流变性质和表面张力、固体表面的粗糙度等，发现撞击速度的增加、黏度的减小、表面张力的减小、表面粗糙度的减小均会增大最大铺展直径，并提出了一系列最大铺展直径的经验关联式。

表面能计算原理说明

表面能計算原理說明表面能計算原理說明表面能為固體與氣體間之界面張力的一般定義,如同液體的表面張力為液體與氣體間之界面張力以表示,同樣的固-氣間的界面張力以表示,然而表面能雖然可明確被定義,然而卻無法如液體一樣被直接測量.由楊氏熱力平衡方程式如下:=+:固體表面能, :液體表面張力, :固-液間界面張力, :接觸角上述方程式右邊及可由儀器測量而得,然而尚有兩個未知數,因此無法直接算出表面能,因此表面能並無所謂正確或標準值,只能由一些模型中提供另一組方程式以便求出,這些模型皆有假設條件,因此所算出的結果只能算是表面能近似值. 目前常用的模型如下:Zisman Plot (critical wetting tension)FowkesOwens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK)Extended FowkesWu harmonic meanEquation-of-stateLewis acid/base theory使用上述方法各別計算,可能得到之結果彼此有高達25%的差異,然而每種方法皆有其適用的表面固體,然而卻無所謂正確或標準值,雖然如此,表面能仍具有原理的基礎性,可如液體表面張力般具備客觀性,同時對於一般所適用的模式,其誤差還是在可接受的範圍內.臨界表面張力- Zisman Plot由楊氏熱力平衡方程式如下:=+其中::接觸角,:固體表面能, :液體表面張力, :固-液間界面張力適用: 表面能< 100 mN/m(低能表面)的固體表面,液滴在表面形成的接觸角主要是液體表面張力的函數,對於給定的固體表面和同系列的相關液體(如烷? 二烷基脂和烷基鹵化物), 與有近似線性關係.對於非極性液體,關係十分相符,然對於高表面張力的極性液體,關係並不十分符合,直線開始彎曲.從對的曲線中,在=1時,可以得到固體的表面張力,稱為潤濕臨界表面張力,它的定義是指液體剛好鋪展到固體表面產生完全潤濕時的表面張力,即時,液體將鋪展,當時,液體將形成液滴,具有非零接觸角.Fowkes方法假定: 液體及固體表面張力可分為色散力和極性作用力,若固液兩相中有一相是非極性,則固液之間只有色散力相互作用,無極性作用力:; 無極性作用力,則Ip = 0.即或式中和分別表示固體和液體表面張力的色散力部份.根據(1.4), 對作圖得一直線,其斜率為, 從直線斜率可得到固體的值.對於非極性固體, , 故用Fowkes方法,可得到非極性固體的表面能.對於非極性液體,也有, 根據(1-4)式, 可得出下式:當時,用Zisman方法得到的非極性固體臨界表面張力可表徵其固體的表面能.Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK) Method假定: 分子色散力(disperse)和極性力(polar)為各自獨立作用且合力可加總測試液體數量: n >= 2Extended Fowkes Method假定: 分子色散力(disperse),極性力(polar)及氫鍵力(hydrogen-bond)為各自獨立作用且合力可加總測試液體數量: n >= 3Wu (harmonic mean)方法1. 使用倒數平均法計算不同分子間的作用力2. 不僅考慮色散力,也同時考慮分子間極性作用力的影響.得到下列公式:式中表示表面張力的極性影響力, 和分別表式固體表面能和液體的表面張力,故只要測兩種或兩種以上極性不同的液體在固體表面的接觸角,解聯立方程式,即可得出固體表面能和值.Equation-of-State (Neumann)假定: 固體,液體表面張力和固液界面張力間存在某種關係,且表面張力及界面張力並非各種作用力之加總結果[1][2]Young’s Eq.: In combination with Eq. [2], the following equation-of-state was derived :[3]The value of is determined using the Newton's routine from Eq.[3].測試液體數量: n = 1Acid-Base method假定固體表面自由能藉由三大項所組成：非極性項(分散力項)、路義士酸(Lewis acid)項、。

MS建模小结

按键鼠标左键拖过对象鼠标左键在空白处拖动
草画原子模式下：
功能开始添加原子在已有原子上再加原子创建化学键 XY 方向平移原子合并两个原子移动已画原子前后移动已画的原子改变已画化学键的长度添加原子并停止草画停止草画
按键空白处单击鼠标在原子上单击先后单击这两个原子单击原子并拖动。把一个拖到另一个上鼠标拖动它 ALT + 鼠标左键拖动 SHIFT + ALT +鼠标左键拖动左键双击
Morphology 预测时，最容易成功的是 BFDH 法。对于 PBC 法用于有机晶体成功性高，用于无机晶体就很难说了。
abc6394490：在 ICSD 中导出的 CIF 格式文件用 MS 打开后，原子之间没有成键，Rebuild Crystal 也没有用，不知道该如何解决？
4
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro"布里渊区的选定及合适的 K 点采样。最好做了纯晶体的 Geometry Optimize 的收敛性测定及误差评估后，再参杂。
补充：建模时加入杂原子的方法方法一：用鼠标点上将要被取代得原子（点上后原子颜色将变成黄色），在窗口的右边属性栏中，将会显示这个原子的相关属性，并告诉你这个原子的元素种类（比方是 Al 吧），然后点这个元素种类 Al，将出现一个元素周期表，选择你要掺杂得原子，确定就可以了！方法二：建立完没有掺杂的晶胞后,选 supercell,然后再选择要替换的原子,进行掺杂.如果不把晶胞的对称性改为 supercell 就不能改变其中的一个原子,而是由于对称性把同一元素的所以原子改变了
按键空白处单击单击头上的原子在头上原子单击并拖动 ALT +分别单击两个原子团头上的原子双击原子团头上的原子

表面能计算原理说明

表面能計算原理說明表面能為固體與氣體間之界面張力的一般定義,如同液體的表面張力為液體與氣體間之界面張力以表示,同樣的固-氣間的界面張力以表示,然而表面能雖然可明確被定義,然而卻無法如液體一樣被直接測量.由楊氏熱力平衡方程式如下:=+:固體表面能, :液體表面張力, :固-液間界面張力, :接觸角上述方程式右邊及可由儀器測量而得,然而尚有兩個未知數,因此無法直接算出表面能,因此表面能並無所謂正確或標準值,只能由一些模型中提供另一組方程式以便求出 ,這些模型皆有假設條件,因此所算出的結果只能算是表面能近似值.目前常用的模型如下:1.Zisman Plot (critical wetting tension)2.Fowkes3.Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK)4.Extended Fowkes5.Wu harmonic mean6.Equation-of-state7.Lewis acid/base theory使用上述方法各別計算,可能得到之結果彼此有高達25%的差異,然而每種方法皆有其適用的表面固體,然而卻無所謂正確或標準值,雖然如此,表面能仍具有原理的基礎性,可如液體表面張力般具備客觀性,同時對於一般所適用的模式,其誤差還是在可接受的範圍內.臨界表面張力- Zisman Plot由楊氏熱力平衡方程式如下:=+其中::接觸角,:固體表面能, :液體表面張力, :固-液間界面張力適用: 表面能< 100 mN/m(低能表面)的固體表面,液滴在表面形成的接觸角主要是液體表面張力的函數,對於給定的固體表面和同系列的相關液體(如烷? 二烷基脂和烷基鹵化物), 與有近似線性關係.對於非極性液體,關係十分相符,然對於高表面張力的極性液體,關係並不十分符合,直線開始彎曲.從對的曲線中,在=1時,可以得到固體的表面張力,稱為潤濕臨界表面張力,它的定義是指液體剛好鋪展到固體表面產生完全潤濕時的表面張力,即時,液體將鋪展,當時,液體將形成液滴,具有非零接觸角.Fowkes方法假定: 液體及固體表面張力可分為色散力和極性作用力,若固液兩相中有一相是非極性,則固液之間只有色散力相互作用,無極性作用力:; 無極性作用力,則Ip = 0.即或式中和分別表示固體和液體表面張力的色散力部份.根據(1.4), 對作圖得一直線,其斜率為, 從直線斜率可得到固體的值.對於非極性固體, , 故用Fowkes方法,可得到非極性固體的表面能.對於非極性液體,也有, 根據(1-4)式, 可得出下式:當時,用Zisman方法得到的非極性固體臨界表面張力可表徵其固體的表面能.Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK) Method 假定: 分子色散力(disperse)和極性力(polar)為各自獨立作用且合力可加總測試液體數量: n >= 2Extended Fowkes Method假定: 分子色散力(disperse),極性力(polar)及氫鍵力(hydrogen-bond)為各自獨立作用且合力可加總測試液體數量: n >= 3Wu (harmonic mean)方法1. 使用倒數平均法計算不同分子間的作用力2. 不僅考慮色散力,也同時考慮分子間極性作用力的影響.得到下列公式:式中表示表面張力的極性影響力, 和分別表式固體表面能和液體的表面張力,故只要測兩種或兩種以上極性不同的液體在固體表面的接觸角,解聯立方程式,即可得出固體表面能和值.Equation-of-State (Neumann)假定: 固體,液體表面張力和固液界面張力間存在某種關係,且表面張力及界面張力並非各種作用力之加總結果•[1]•[2]•Young’s Eq.: In combination with Eq. [2], the following equation-of-state was derived :•[3]•The value of is determined using the Newton's routine from Eq. [3].•測試液體數量: n = 1Acid-Base method假定固體表面自由能藉由三大項所組成：非極性項(分散力項)、路義士酸(Lewis acid)項、。

《MS表面能计算》PPT课件

输出建模：计算能量，原子坐标
输出控制：格式，参变量
dump dump_modify 2 pad 4
2 all image 10 image.*.jpg type type & zoom 1.6 adiam 1.5
能量最小化方法，计算E0
特殊技巧处理
.
3
都改为5过程建模Biblioteka 移动盒子，移的表面，计算产生新表面
40都改为10
计算111表面，首先几何建模的过程中要知道如何在物理和几何上产生（111
），最后通过lammps的命令的方法实现。
lattice fcc 3.615 origin 0 0 0 orient x 1 1 -2 orient y -1 1 0 orient
z111
.
4
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D. 应用Lammps程序计算材料的表面能
物理理论建模是关键，程序仅仅只能是实现的工具。
新表面
.
1
Cu(100) 晶面的表面能计算
改为3.615 改为 0 10 0 4 0 4
几何建模：简单晶格结构物理建模：简单合金势函数
改为 eam
* * Cu_u3.eam 改为 8和2
区域分块
.
2
过程建模：实现真空层

MS模板介绍

MS模板介绍量子力学方法：是一种能够对材料体系电子结构特点进行解析的方法，精度高且几乎不依赖于任何经验参数，因此被广泛应用在各类材料的模拟研究中。

CASTEP（平面波赝势方法）Cambridge Sequential Total Energy Package)是由剑桥凝聚态理论研究组开发的一款基于密度泛函理论的先进量子力学程序。

程序采用平面波函数描述价电子状态，利用赝势替代内层电子，因此也被称为平面波赝势方法。

研究对象主要有半导体、陶瓷、金属、分子筛等各类晶体材料，以及掺杂、位错、界面、表面等各种缺陷结构。

CASTEP的主要功能：能量计算--吸附热，缺陷形成能，内聚能，表面能等结构优化--优化原子坐标和晶胞参数，支持原子分数坐标、晶胞参数、键长、键角、二面角限定，支持外加应力过渡态--过渡态搜索（Synchronous Transit方法）电子结构解析--能带结构，电子态密度（局域态密度、分波态密度），电荷密度差分电荷密度，电子局域函数，电子轨道，扫描隧道显微镜(STM)图像模拟，共价键级，静电荷（Mulliken、Hirshfeld），静电势，功函数，自旋磁矩，费米面介电性质 --波恩有效电荷，静态介电常数张量，极化率张量力学性质计算--弹性力常数张量，体模量，剪切模量，杨氏模量，泊松比热力学性质计算 --声子态密度、色散谱（linear response的方法扩展至金属体系6.0）；熵，焓，自由能，零点能，德拜温度，等容热容随温度的变化曲线光学性质计算 --红外光谱，拉曼光谱5.0（计算指定频率范围的拉曼活性模强度6.1），核磁共振谱a（化学位移、电场梯度张量），电子能量损失谱4.4（旋轨耦合效应5.5），X射线吸收（发射）谱4.4（旋轨耦合效应5.5），光频介电常数虚（实）部，吸收系数，折射率，光导率虚（实）部，能量损失函数动力学计算（结果分析采用Forcite plus的分析工具，具体内容参考Forcite plus介绍）---支持NVE，NVT，NPT以及NPH等系综，以及多种控温控压函数D Mol3（原子轨道线性组合方法）；DMol3是由Bernard Delley教授发布的一款基于密度泛函理论的先进量子力学程序，它采用原子轨道线性组合的方法描述体系的电子状态，因此也被称为原子轨道线性组合方法。

3，4￣二硝基吡唑的晶体形貌、力学性能和感度的计算模拟

ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１￣８３５２.２０２１.０４.００３３ꎬ４￣二硝基吡唑的晶体形貌㊁力学性能和感度的计算模拟❋雷㊀伟㊀罗一鸣㊀李秉擘㊀王红星㊀杨㊀斐㊀王㊀浩西安近代化学研究所(陕西西安ꎬ７１００６５)[摘㊀要]㊀利用ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ(ＭＳ)软件中Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ模块所包含的ＧｒｏｗｔｈＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙ(ＧＭ)㊁Ｂｒａｖａｉｓ￣ＦｒｉｅｄｅｌＤｏｎｎａｙ￣Ｈａｒｋｅｒ(ＢＦＤＨ)和ＥｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙ(ＥＭ)３种方法ꎬ计算了３ꎬ４￣二硝基吡唑(ＤＮＰ)的晶面参数ꎬ预测了晶体的生长习性和自然生长晶形ꎮ采用分子动力学方法模拟计算了ＤＮＰ㊁１ꎬ３ꎬ５￣三硝基甲苯(ＴＮＴ)和２ꎬ４￣二硝基苯甲醚(ＤＮＡＮ)的力学性能和感度ꎮ结果表明:３种方法计算得到的ＤＮＰ晶体的形貌分别近似为梭形㊁短圆柱形和椭球形ꎬ综合分析ꎬＤＮＰ晶体的形貌更可能为梭球形ꎻＤＮＰ的拉伸模量Ｅ大于ＴＮＴ和ＤＮＡＮꎬ体积模量Ｋ大于ＴＮＴ而小于ＤＮＡＮꎬ剪切模量Ｇ要大于ＴＮＴ和ＤＮＡＮꎬ其韧性要弱于ＴＮＴ和ＤＮＡＮꎻＤＮＰ和ＤＮＡＮ的引发键最大键长相同且比ＴＮＴ低ꎬＤＮＰ的内聚能密度与ＤＮＡＮ基本持平且均大于ＴＮＴꎮ[关键词]㊀ＤＮＰꎻＤＮＡＮꎻＴＮＴꎻ形貌ꎻ力学性能[分类号]㊀ＴＱ５６０.１ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣｒｙｓｔａｌＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙꎬＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆ３ꎬ４￣ＤｉｎｉｔｒｏｐｙｒａｚｏｌｅＬＥＩＷｅｉꎬＬＵＯＹｉｍｉｎｇꎬＬＩＢｉｎｇｂｏꎬＷＡＮＧＨｏｎｇｘｉｎｇꎬＹＡＮＧＦｅｉꎬＷＡＮＧＨａｏＸｉａｎＭｏｄｅｒｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ(ＳｈａａｎｘｉＸｉａｎꎬ７１００６５)[ＡＢＳＴＲＡＣＴ]㊀Ｃｒｙｓｔａｌｓｕｒｆａｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎬｇｒｏｗｔｈｈａｂｉｔａｎｄｎａｔｕｒａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆ３ꎬ４￣ｄｉｎｉｔｒｏｐｙｒａｚｏｌｅ(ＤＮＰ)ｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆＧｒｏｗｔｈＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙ(ＧＭ)ꎬＢｒａｖａｉｓ￣ＦｒｉｅｄｅｌＤｏｎｎａｙ￣Ｈａｒｋｅｒ(ＢＦＤＨ)ａｎｄＥｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍＭｏｒ￣ｐｈｏｌｏｇｙ(ＥＭ)ｃｏｎｔａｉｎｅｄｉｎｔｈｅＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙｍｏｄｕｌｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ(ＭＳ)ｓｏｆｔｗａｒｅ.Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉ￣ｔｙｏｆＤＮＰꎬ１ꎬ３ꎬ５￣ｔｒｉｎｉｔｒｏｔｏｌｕｅｎｅ(ＴＮＴ)ａｎｄ２ꎬ４￣ｄｉｎｉｔｒｏｂｅｎｚｙｍｅ(ＤＮＡＮ)ｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａ￣ｔｉｏｎ.ＲｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆＤＮＰｃｒｙｓｔａｌｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｓｈｕｔｔｌｅꎬｓｈｏｒｔｃｙｌｉｎｄｅｒａｎｄｅｌ￣ｌｉｐｓｏｉｄꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙꎬａｎｄｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＤＮＰｃｒｙｓｔａｌｉｓｍｏｒｅｌｉｋｅｌｙｔｏｂｅｓｈｕｔｔｌｅｓｐｈｅｒｅｂｙｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓ.ＴｅｎｓｉｌｅｍｏｄｕｌｕｓＥｏｆＤＮＰｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＴＮＴａｎｄＤＮＡＮ.ＢｕｌｋｍｏｄｕｌｕｓＫｏｆＤＮＰｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＴＮＴꎬｂｕｔｌｅｓｓｔｈａｎｔｈａｔｏｆＤＮＡＮ.ＳｈｅａｒｍｏｄｕｌｕｓＧｏｆＤＮＰｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＴＮＴａｎｄＤＮＡＮ.ＡｎｄｉｔｓｔｏｕｇｈｎｅｓｓｉｓｗｅａｋｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＴＮＴａｎｄＤＮＡＮ.ＴｈｅｍａｘｉｍｕｍｂｏｎｄｌｅｎｇｔｈｓｏｆＤＮＰａｎｄＤＮＡＮａｒｅｔｈｅｓａｍｅꎬａｎｄｔｈｅｙａｒｅｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＴＮＴ.ＣｏｈｅｓｉｖｅｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙｏｆＤＮＰｉｓａｌｍｏｓｔｔｈｅｓａｍｅａｓｔｈａｔｏｆＤＮＡＮａｎｄｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＴＮＴ.[ＫＥＹＷＯＲＤＳ]㊀ＤＮＰꎻＤＮＡＮꎻＴＮＴꎻｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙꎻｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ引言近年来ꎬ随着含能材料领域的不断发展和军方对武器弹药的高能钝感要求越来越迫切ꎬ新型的含能材料被不断研发合成出来ꎮ３ꎬ４￣二硝基吡唑(ＤＮＰ)是一种新型的熔铸炸药载体ꎮＰｒｉｃｅ等[１]研究发现ꎬＤＮＰ是一种低熔点的单质炸药ꎬ其能量和感度均优于ＴＮＴꎬ有望替代ＴＮＴ作为一种熔铸载体炸药ꎮ国内科研工作者对ＤＮＰ的性能也进行了探索研究ꎮ郭俊玲等[２]研究表明ꎬＤＮＰ是能够替代ＴＮＴ的较具潜力的候选物质ꎬ其物化性能以及与其他高能化合物(如ＲＤＸ或ＨＭＸ)的组合配方将会成为以后含能化合物的研究热点ꎮ唐伟强等[３]采用毛第５０卷㊀第４期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.５０㊀Ｎｏ.４㊀２０２１年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ａｕｇ.２０２１❋收稿日期:２０２１￣０２￣２７第一作者:雷伟(１９９３￣)ꎬ男ꎬ助理研究员ꎬ主要从事熔铸炸药配方设计及性能模拟研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:９９７３４３５８５＠ｑｑ.ｃｏｍ通信作者:李秉擘(１９８２￣)ꎬ男ꎬ工程师ꎬ主要从事熔铸炸药配方及工艺研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｌｂｂ５００＠ｓｉｎａ.ｃｏｍ细血管法测得ＤＮＰ的熔点为８６.５ħꎻ试验测得ＤＮＰ(ρ＝１.６５ｇ/ｃｍ３)的爆速为７６３３ｍ/ｓꎬ爆热为４３２６ｋＪ/ｋｇꎻ理论计算表明ꎬＤＮＰ/ＣＬ￣２０混合熔铸炸药在能量输出方面具有明显的优势ꎬＤＮＰ是熔铸炸药ＴＮＴ的理想替代物ꎮ姚如意等[４]研究表明:ＲＤＸ㊁ＨＭＸ和ＣＬ￣２０在ＤＮＰ中的溶解度分别为１２.２８㊁２.６４ｇ和７.０３ｇꎮＲＤＸ和ＨＭＸ在ＤＮＰ中溶解前㊁后的晶型一致ꎬ而ＣＬ￣２０在ＤＮＰ中溶解后回收的晶型由ε型变为β型ꎬ发生了转晶ꎮ当前ꎬ并未见关于ＤＮＰ晶体形貌和力学性能方面的报道ꎮ高能炸药的性能可以通过改变晶体尺寸㊁形貌㊁纯度㊁晶粒间的空隙微结构等物理特性而改变[５]ꎮ利用计算机技术对晶体生长形态进行模拟已经得到应用[６￣９]ꎮ因此ꎬ运用分子动力学模拟方法对ＤＮＰ的晶体形貌㊁力学性能和感度进行模拟计算ꎬ以期为ＤＮＰ在混合炸药中的应用提供参考ꎮ１㊀分子动力学模拟根据ＤＮＰ的晶胞结构(图１)ꎬ利用ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕ￣ｄｉｏ(ＭＳ)软件中的Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ模块ꎬ采用ＧｒｏｗｔｈＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙ(ＧＭ)㊁Ｂｒａｖａｉｓ￣ＦｒｉｅｄｅｌＤｏｎｎａｙ￣Ｈａｒｋｅｒ(ＢＦＤＨ)和ＥｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙ(ＥＭ)３种方法分别计算ＤＮＰ各个晶面参数ꎬ预测晶体的生长习性和自然生长晶形ꎮ㊀㊀㊀㊀㊀图１㊀ＤＮＰ晶胞结构Ｆｉｇ.１㊀ＣｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＤＮＰ㊀㊀利用ＡｍｏｒｐｈｏｕｓＣｅｌｌ模块ꎬ构建ＴＮＴ㊁２ꎬ４￣二硝基苯甲醚(ＤＮＡＮ)和ＤＮＰ的超晶胞(分别３０个分子)ꎮ将超晶胞体系的模型在Ｆｏｒｃｉｔｅ模块下首先进行结构优化ꎬ再将优化后的平衡结构在Ｃｏｍｐａｓｓ[１０]力场下ꎬ采用常温㊁常压(ＮＰＴ)系统进行分子动力学模拟ꎬ得到相关的超晶胞弹性系数㊁模量㊁引发键键长和内聚能密度ꎮ设置温度为２９８Ｋꎬ压强为０.１ＭＰａꎬ控温方法和控压方法分别选用Ａｎｄｅｒｓｅｎ和Ｐａｒｒｉｎｅｌｌｏ[１１]ꎻ总模拟时间为２００ｐｓꎬ时间步长为１ｆｓꎻ模拟总步数为２ˑ１０５ꎬ其中ꎬ前１０５步用于热力学平衡ꎬ后１０５步用于统计分析[１２￣１３]ꎮ以上所有模型的构建和计算均在ＭＳ软件上进行ꎮ２㊀结果与讨论２.１㊀ＤＮＰ的晶体形貌２.１.１㊀ＧＭ方法计算结果用ＧＭ方法计算的ＤＮＰ晶体形貌如图２所示ꎮ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图２㊀ＧＭ方法计算的ＤＮＰ晶形Ｆｉｇ.２㊀ＣｒｙｓｔａｌｓｈａｐｅｏｆＤＮＰｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＧＭｍｅｔｈｏｄ㊀㊀由图２可知ꎬ该方法计算得到的晶形近似梭形ꎬ长径比为１.６５５ꎬ由(１０￣１)㊁(０１１)㊁(１１０)㊁(１０１)㊁(１１￣１)和(２００)晶面及对称晶面围合而成ꎮ其中ꎬ多重度为４的(１１０)晶面占总面积的３５.７％ꎬ晶面附着能为－５７.５５ｋＪ/(ｍｏｌｕｎｉｔｃｅｌｌ)ꎻ多重度为４的(０１１)晶面占总面积的２５.２３％ꎬ晶面附着能为－６２.７９ｋＪ/(ｍｏｌｕｎｉｔｃｅｌｌ)ꎻ多重度为２的(１０￣１)晶面占总面积的２３.１９％ꎬ晶面附着能为－５５.４９ｋＪ/(ｍｏｌｕｎｉｔｃｅｌｌ)ꎮ晶体生长趋势如图３所示ꎮ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图３㊀ＧＭ方法计算的ＤＮＰ晶体生长趋势Ｆｉｇ.３㊀ＣｒｙｓｔａｌｇｒｏｗｔｈｔｒｅｎｄｏｆＤＮＰｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＧＭｍｅｔｈｏｄ㊀㊀晶体生长趋势图中的箭头代表生长趋势ꎬ箭头越短ꎬ表示生长速率越慢ꎬ反之越快[８]ꎮ由图３可以看出ꎬ晶体在各个方向上箭头的长短和密集程度有差异ꎬ在(１１０)晶面和(１０￣１)晶面箭头的长度和密集程度低于其他晶面ꎬ表明(１１０)和(１０￣１)晶面在晶体生长过程中要比其他晶面的速率慢ꎬ因此决定了晶形近似梭形ꎮ２.１.２㊀ＢＦＤＨ方法计算结果用ＢＦＤＨ方法计算的ＤＮＰ晶体形貌见图４ꎮ４１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５０卷第４期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图４㊀ＢＦＤＨ方法计算的ＤＮＰ晶形Ｆｉｇ.４㊀ＣｒｙｓｔａｌｓｈａｐｅｏｆＤＮＰｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＢＦＤＨｍｅｔｈｏｄ㊀㊀由图４可知ꎬ该方法计算的ＤＮＰ晶形近似为短圆柱形ꎬ长径比为１.７１３ꎬ由(１０￣１)㊁(０１１)㊁(１１０)㊁(１０１)㊁(１１￣１)和(００２)晶面及对称晶面围合而成ꎮ多重度为２的(１０￣１)晶面㊁多重度为４的(０１１)晶面㊁多重度为４的(１１０)晶面㊁多重度为２的(１０１)晶面分别占总面积的３０.７６％㊁２５.７７％㊁２３.２９％和１６.９１％ꎻ其他晶面占总面积的３.２７％ꎮ说明(１０￣１)㊁(０１１)㊁(１１０)㊁(１０１)这４个晶面在晶体生长过程中发挥着重要的作用ꎮ但又因为每个晶面的生长速率大致相同ꎬ因此得到的晶形近似短圆柱形ꎮ晶体生长趋势如图５所示ꎮ由图５可知ꎬ在各个方向上ꎬ箭头的长短和密集程度大致相同ꎮ因此ꎬ用ＢＦＤＨ方法计算得到的晶形为近似短圆柱形ꎮＢＦＤＨ方法在计算时并未考虑能量的影响ꎮ㊀㊀㊀㊀㊀㊀图５㊀ＢＦＤＨ方法计算的ＤＮＰ晶体生长趋势Ｆｉｇ.５㊀ＣｒｙｓｔａｌｇｒｏｗｔｈｔｒｅｎｄｏｆＤＮＰｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＢＦＤＨｍｅｔｈｏｄ２.１.３ＥＭ方法计算结果用ＥＭ方法计算的ＤＮＰ晶体形貌如图６所示ꎮ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图６㊀ＥＭ方法计算的ＤＮＰ晶形Ｆｉｇ.６㊀ＣｒｙｓｔａｌｓｈａｐｅｏｆＤＮＰｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＥＭｍｅｔｈｏｄ㊀㊀由图６可知ꎬ该方法计算得到的ＤＮＰ晶形近似椭球形ꎬ长径比为１.５１８ꎬ主要由(１１０)㊁(０１１)㊁(１１￣１)㊁(２００)㊁(１０１)和(１０￣１)晶面及对称晶面围合而成ꎮ其中ꎬ(１１０)㊁(０１１)㊁(１１￣１)和(２００)晶面占总面积的６２.３７％ꎮ利用ＥＭ方法时ꎬ生长速率最慢的面(即表面能最低的面)控制着晶体的生长习性ꎮ经计算得到ꎬ(１１０)晶面的表面能为２９ｋＪ/(ｍｏｌｎｍ２)ꎬ(０１１)晶面的表面能为３２ｋＪ/(ｍｏｌｎｍ２)ꎬ(１１￣１)晶面的表面能为３４ｋＪ/(ｍｏｌｎｍ２)ꎬ这几个晶面的表面能相比于其他晶面表面能是最低的ꎬ决定了ＤＮＰ的生长晶形ꎬ晶体生长趋势如图７所示ꎮ㊀㊀㊀㊀㊀㊀图７㊀ＥＭ方法计算的ＤＮＰ晶体生长趋势Ｆｉｇ.７㊀ＣｒｙｓｔａｌｇｒｏｗｔｈｔｒｅｎｄｏｆＤＮＰｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＥＭｍｅｔｈｏｄ㊀㊀由图７可知ꎬＤＮＰ在(１１０)㊁(０１１)和(１１￣１)晶面的生长箭头的长度要稍低于两端面的箭头长度ꎬ说明在晶体长大的过程中ꎬ(１１０)㊁(０１１)和(１１￣１)这３个面的生长速率要小于其他晶面ꎬ因此决定了晶体生长的形状近似椭球形ꎮ综合考虑３种计算方法得出ꎬ(１０￣１)㊁(０１１)㊁(１１０)㊁(１０１)和(１１￣１)等晶面在晶体生长过程中起着控制晶形的作用ꎮ而ＤＮＰ晶形的好坏对以其为基的混合炸药的成型质量起着重要的作用ꎮ相关研究表明ꎬ选用合适的功能助剂或者晶形控制剂能够控制晶面的生长速率ꎬ从而达到改变晶形的目的[６]ꎮ因此ꎬ在ＤＮＰ所有的生长面中ꎬ选择(１０￣１)㊁(０１１)㊁(１１０)㊁(１０１)和(１１￣１)晶面作为晶形控制剂的作用晶面ꎬ达到控制晶形㊁提高成型质量的目的ꎮ２.２㊀ＴＮＴ、ＤＮＡＮ和ＤＮＰ的力学性能利用ＭＳ软件计算得到的ＴＮＴ㊁ＤＮＡＮ和ＤＮＰ力学性能参数如表１所示ꎮ㊀㊀由表１可知ꎬＤＮＰ晶体的弹性系数Ｃ整体大于ＴＮＴ和ＤＮＡＮꎮＤＮＰ的拉伸模量Ｅ大于ＴＮＴ和表１㊀ＴＮＴ㊁ＤＮＡＮ和ＤＮＰ的力学性能Ｔａｂ.１㊀ＭｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＴＮＴꎬＤＮＡＮａｎｄＤＮＰ炸药Ｃ１１/ＧＰａＣ２２/ＧＰａＣ３３/ＧＰａＣ４４/ＧＰａＣ５５/ＧＰａＣ６６/ＧＰａＣ１２/ＧＰａＣ１３/ＧＰａＥＫＧＫ/Ｇ(Ｃ１２－Ｃ４４)/ＧＰａＴＮＴ１.２７５.５２６.７０２.６２１.７８１.５０１.８９１.７１４.３８１.８７１.９７０.９５－０.７３ＤＮＡＮ１.３４６.３２５.３４０.９５０.９６０.９０１.９１１.３０２.５６３.０９０.９４３.２９０.９６ＤＮＰ２.６７５.６５９.０１２.２７２.９９２.９１１.７０２.１２５.７３２.１４２.７２０.７９－０.５７５１２０２１年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀３ꎬ４￣二硝基吡唑的晶体形貌㊁力学性能和感度的计算模拟㊀雷㊀伟ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＤＮＡＮꎬ表明在拉伸受力的情况下ＤＮＰ抵抗形变的能力要比ＴＮＴ和ＤＮＡＮ强ꎻＤＮＰ的体积模量Ｋ大于ＴＮＴ而小于ＤＮＡＮꎬ表明在压缩受力的情况下ＤＮＰ抵抗形变的能力要比ＤＮＡＮ弱ꎬ比ＴＮＴ强ꎮＤＮＰ的剪切模量Ｇ要大于ＴＮＴ和ＤＮＡＮꎬ表明在剪切受力的情况下ꎬＤＮＰ抵抗剪切形变的能力要强于ＴＮＴ和ＤＮＡＮꎮＫ/Ｇ一般用来表征材料在受到冲击㊁振动载荷下韧性强度的大小ꎮ由表１可以得到ꎬＤＮＰ的Ｋ/Ｇ小于ＴＮＴ和ＤＮＡＮꎬ表明ＤＮＰ的韧性要弱于ＴＮＴ和ＤＮＡＮꎬ可以通过添加合适的高分子材料来提高其力学强度ꎮ２.３㊀感度依据引发键和内聚能密度理论[１４￣１５]ꎬ将引发键最大键长及内聚能密度作为预测炸药感度的判据ꎮ２.３.１㊀引发键键长引发键是物质中能量最低的化学键ꎮ引发键非常容易断裂ꎬ从而产生热点ꎬ促使炸药发生点火㊁爆炸ꎮ在ＤＮＰ㊁ＴＮＴ和ＤＮＡＮ炸药中ꎬＣ原子上连接的ＮＯ２键是最容易断裂的键ꎮ因此ꎬ选择ＣＮＯ２键作为预测感度的引发键ꎮ以ＤＮＰ炸药为例ꎬ将ＤＮＰ超晶胞中的非ＣＮＯ２键删去ꎬ即在ＤＮＰ超晶胞结构中只保留ＣＮＯ２键ꎬ利用Ａｎａｌｙｓｉｓ模块对其进行键长分析处理ꎬ即可得到ＤＮＰ的最可几键长Ｌｐ㊁平均键长Ｌａ和最大键长Ｌｍꎮ其他两种炸药的引发键键长采用相同的方法得到ꎮ３种炸药的Ｌｐ㊁Ｌａ和Ｌｍ如表２所示ꎮ表２㊀３种炸药的引发键键长Ｔａｂ.２㊀Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｂｏｎｄｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｒｅｅｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｎｍ炸药ＬｐＬａＬｍＤＮＰ０.１４４００.１４２００.１４４０ＴＮＴ０.１４６００.１４６００.１４７０ＤＮＡＮ０.１４３００.１４３５０.１４４０㊀㊀由表２可知:ＴＮＴ的Ｌｐ㊁Ｌａ和Ｌｍ均大于ＤＮＰ和ＤＮＡＮꎻＴＮＴ的Ｌｍ为０.１４７０ｎｍꎬＤＮＰ和ＤＮＡＮ的Ｌｍ相同ꎬ为０.１４４０ｎｍꎮＬｍ大ꎬ表明感度高㊁安全性差ꎬ即ＤＮＰ和ＤＮＡＮ的安全性较ＴＮＴ好ꎮ２.３.２㊀内聚能密度内聚能密度即分子的非键作用力ꎬ等于范德华力和静电力之和ꎮ内聚能密度是评价分子间作用力大小的物理量ꎬ主要反映基团间的相互作用ꎮ在一定条件下ꎬ表征聚集态变化所需能量的内聚能密度也可作为体系稳定性的判定依据[１６]ꎮ内聚能密度减小ꎬ表明炸药发生反应时ꎬ克服分子间作用所需的能量逐渐减小ꎬ进一步说明炸药的稳定性降低[１７]ꎬ即安全性降低ꎮ经过分子动力学模拟得到的３种炸药的内聚能密度见表３ꎮ表３㊀３种炸药的内聚能密度及其分量Ｔａｂ.３㊀ＣｏｈｅｓｉｖｅｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｉｔｓｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｒｅｅｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｋＪ/ｃｍ３炸药内聚能密度范德华力静电力ＤＮＰ０.７６０.３２０.４４ＴＮＴ０.５９０.５６０.０３ＤＮＡＮ０.８１０.３５０.４６㊀㊀由表３可以看出:ＤＮＰ㊁ＤＮＡＮ㊁ＴＮＴ的内聚能密度分别为０.７６㊁０.８１ｋＪ/ｃｍ３和０.５９ｋＪ/ｃｍ３ꎮＤＮＰ的内聚能密度与ＤＮＡＮ基本持平且均大于ＴＮＴꎬ表明ＤＮＰ和ＤＮＡＮ的安全性较ＴＮＴ好ꎬ这与引发键键长的分析结果一致ꎮ３㊀结论利用ＭＳ软件对ＤＮＰ的晶体形貌和力学性能进行模拟计算研究ꎬ结果表明:１)采用ＧＭ㊁ＢＦＤＨ和ＥＭ３种方法计算得到的ＤＮＰ晶体的形貌分别近似为梭形㊁短圆柱形和椭球形ꎬ且后两种形状极其相似ꎮＢＦＤＨ方法在计算时并未考虑能量这个参数的影响ꎬ其他两种方法考虑了ＤＮＰ结晶时能量特征的影响ꎬ综合分析ꎬＤＮＰ晶体的形貌更可能为梭球形ꎮ２)ＤＮＰ的生长面中ꎬ(１０￣１)㊁(０１１)㊁(１１０)㊁(１０１)和(１１￣１)等晶面在晶体生长过程中起着控制晶形的作用ꎬ因此可以选择(１０￣１)㊁(０１１)㊁(１１０)㊁(１０１)和(１１￣１)晶面作为晶形控制剂的作用晶面ꎬ由此达到控制晶形㊁提高成型质量的目的ꎮ３)ＤＮＰ的拉伸模量Ｅ大于ＴＮＴ和ＤＮＡＮꎬ体积模量Ｋ大于ＴＮＴ而小于ＤＮＡＮꎬ剪切模量Ｇ要大于ＴＮＴ和ＤＮＡＮꎬ韧性要弱于ＴＮＴ和ＤＮＡＮꎻ可以通过添加合适的高分子材料来提高其力学强度ꎮ４)ＤＮＰ和ＤＮＡＮ的引发键最大键长相同ꎬ为０.１４４０ｎｍꎬ较ＴＮＴ低ꎻＤＮＰ的内聚能密度与ＤＮＡＮ基本持平ꎬ且均大于ＴＮＴꎮ引发键键长和内聚能密度研究表明ꎬＤＮＰ和ＤＮＡＮ的安全性较ＴＮＴ好ꎮ参考文献[１]㊀ＰＲＩＣＥＤꎬＭＯＲＲＩＳＪ.Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｎｅｗｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍｅｌｔ￣ｐｏｕｒｃａｎｄｉｄａｔｅｓ[Ｃ]//ＩｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅＭｕｎｉｔｉｏｎｓａｎｄＥｎｅｒｇｅ￣６１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５０卷第４期ｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｙｍｐｏｓｉｕｍ.２００９. [２]㊀郭俊玲ꎬ曹端林ꎬ王建龙ꎬ等.硝基吡唑类化合物的合成研究进展[Ｊ].含能材料ꎬ２０１４ꎬ２２(６):８７２￣８７９.ＧＵＯＪＬꎬＣＡＯＤＬꎬＷＡＮＧＪＬꎬｅｔａｌ.Ｒｅｖｉｅｗｏｎｓｙｎ￣ｔｈｅｓｉｓｏｆｎｉｔｒｏｐｙｒａｚｏｌｅｓ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１４ꎬ２２(６):８７２￣８７９.[３]㊀唐伟强ꎬ任慧ꎬ焦清介ꎬ等.３ꎬ４￣二硝基吡唑的性能表征及应用[Ｊ].含能材料ꎬ２０１７ꎬ２５(１):４４￣４８.ＴＡＮＧＷＱꎬＲＥＮＨꎬＪＩＡＯＱＪꎬｅｔａｌ.Ｐｒｏｐｅｒｔｙｃｈａｒａｃ￣ｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆ３ꎬ４￣ｄｉｎｉｔｒｏｐｙｒａｚｏｌｅａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１７ꎬ２５(１):４４￣４８.[４]㊀姚如意ꎬ苟瑞君ꎬ张树海ꎬ等.几种硝胺炸药在熔态ＴＮＴ和ＤＮＰ中的溶解性及其结晶晶型[Ｊ].火炸药学报ꎬ２０１９ꎬ４２(１):８９￣９３.ＹＡＯＲＹꎬＧＯＵＲＪꎬＺＨＡＮＧＳＨꎬｅｔａｌ.ＳｏｌｕｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｒｙｓｔａｌｆｏｒｍｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｎｉｔｒａｍｉｎｅｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｉｎｍｏｌｔｅｎＴＮＴａｎｄＤＮＰ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓ＆Ｐｒｏ￣ｐｅｌｌａｎｔｓꎬ２０１９ꎬ４２(１):８９￣９３.[５]㊀任晓婷ꎬ杨利ꎬ张国英ꎬ等.ＴＡＴＢ晶体形貌的计算模拟[Ｊ].火炸药学报ꎬ２０１０ꎬ３３(６):４３￣４６.ＲＥＮＸＴꎬＹＡＮＧＬꎬＺＨＡＮＧＧＹꎬｅｔａｌ.ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＴＡＴＢ[Ｊ].Ｃｈｉ￣ｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓ＆Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓꎬ２０１０ꎬ３３(６):４３￣４６.[６]㊀段晓惠ꎬ卫春雪ꎬ裴重华ꎬ等.ＨＭＸ晶体形貌预测[Ｊ].含能材料ꎬ２００９ꎬ１７(６):６５５￣６５９.ＤＵＡＮＸＨꎬＷＥＩＣＸꎬＰＥＩＣＨꎬｅｔａｌ.ＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｃｒｙｓｔａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＨＭＸ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒ￣ｇｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２００９ꎬ１７(６):６５５￣６５９.[７]㊀齐晓飞ꎬ闫宁ꎬ李宏岩.ＨＡＴＯ晶体形貌㊁体膨胀系数和力学性能的分子动力学模拟[Ｊ].火工品ꎬ２０１８(５):３７￣４０.ＱＩＸＦꎬＹＡＮＮꎬＬＩＨＹ.Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｃｒｙｓｔａｌｆａｃｅꎬｖｏｌｕｍｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｍｅｃｈａ￣ｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｏｒＨＡＴＯ[Ｊ].Ｉｎｉｔｉａｔｏｒｓ＆Ｐｙｒｏｔｅｃｈｎｉｃｓꎬ２０１８(５):３７￣４０.[８]㊀刘宁ꎬ王伯周ꎬ舒远杰ꎬ等.ＦＯＸ￣７结晶形貌的分子动力学模拟[Ｊ].火炸药学报ꎬ２０１６ꎬ３９(２):４０￣４４.ＬＩＵＮꎬＷＡＮＧＢＺꎬＳＨＵＹＪꎬｅｔａｌ.Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａ￣ｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｃｒｙｓｔａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＦＯＸ￣７[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓ＆Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓꎬ２０１６ꎬ３９(２):４０￣４４.[９]㊀冯璐璐ꎬ曹端林ꎬ王建龙ꎬ等.１￣甲基￣２ꎬ４ꎬ５￣三硝基咪唑的晶体形貌预测[Ｊ].含能材料ꎬ２０１５ꎬ２３(５):４４３￣４４９.ＦＥＮＧＬＬꎬＣＡＯＤＬꎬＷＡＮＧＪＬꎬｅｔａｌ.ＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｃｒｙｓｔａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＭＴＮＩ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１５ꎬ２３(５):４４３￣４４９.[１０]㊀ＸＩＡＯＹＱꎬＳＵＮＴꎬＬＩＳＳꎬｅｔａｌ.ＭｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｉｅｓｏｆｔｈｅＣＬ￣２０/ＤＮＢｃｏ￣ｃｒｙｓｔａｌｂａｓｅｄＰＢＸｗｉｔｈＨＴＰＢ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓ:ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＳｅｒｉｅｓꎬ２０２１ꎬ１７２１:０１２０１０.[１１]㊀ＺＨＵＳＦꎬＧＡＮＱꎬＦＥＮＧＣＧ.Ｍｕｌｔｉｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｏｍｐ￣ｌｅｘｅｓｏｆＣＬ￣２０ｗｉｔｈｎｉｔｒｏｐｙｒａｚｏｌｅｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ:ｇｅｏｍｅｔｒｉｃꎬｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙ[Ｊ].ＡＣＳＯｍｅｇａꎬ２０１９ꎬ４(８):１３４０８￣１３４１７.[１２]㊀陶俊ꎬ王晓峰ꎬ赵省向ꎬ等.ＣＬ￣２０/ＨＭＸ无规作用及共晶作用的理论计算[Ｊ].火炸药学报ꎬ２０１７ꎬ４０(４):５０￣５５.ＴＡＯＪꎬＷＡＮＧＸＦꎬＺＨＡＯＳＸꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌ￣ｃｕｌａｔｉｏｎｔｈｅｒａｎｄｏｍｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎａｎｄｃｏ￣ｃｒｙｓｔａｌｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆＣＬ￣２０/ＨＭＸ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓ＆Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓꎬ２０１７ꎬ４０(４):５０￣５５.[１３]㊀武宗凯ꎬ舒远杰ꎬ刘宁ꎬ等.ＣＬ￣２０/ＦＯＸ￣７共晶的分子动力学模拟[Ｊ].火炸药学报ꎬ２０１６ꎬ３９(３):３７￣４２.ＷＵＺＫꎬＳＨＵＹＪꎬＬＩＵＮꎬｅｔａｌ.ＭｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣＬ￣２０/ＦＯＸ￣７ｃｏ￣ｃｒｙｓｔａｌ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓ＆Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓꎬ２０１６ꎬ３９(３):３７￣４２.[１４]㊀杭贵云ꎬ余文力ꎬ王涛ꎬ等.ＣＬ￣２０/ＤＮＢ共晶炸药晶体缺陷的理论计算[Ｊ].火炸药学报ꎬ２０１８ꎬ４１(４):３４５￣３５１ꎬ３５８.ＨＡＮＧＧＹꎬＹＵＷＬꎬＷＡＮＧＴꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｏｒｅ￣ｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｒｙｓｔａｌｄｅｆｅｃｔｏｆＣＬ￣２０/ＤＮＢｃｏｃｒｙｓｔａｌｅｘ￣ｐｌｏｓｉｖｅ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓ＆Ｐｒｏｐｅｌ￣ｌａｎｔｓꎬ２０１８ꎬ４１(４):３４５￣３５１ꎬ３５８.[１５]㊀刘强ꎬ肖继军ꎬ陈军ꎬ等.不同温度下ε￣ＣＬ￣２０晶体感度和力学性能的分子动力学模拟计算[Ｊ].火炸药学报ꎬ２０１４ꎬ３７(２):７￣１２ꎬ１７.ＬＩＵＱꎬＸＩＡＯＪＪꎬＣＨＥＮＪꎬｅｔａｌ.Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆε￣ＣＬ￣２０ｃｒｙｓｔａｌａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓ＆Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓꎬ２０１４ꎬ３７(２):７￣１２ꎬ１７.[１６]㊀王东旭.ＨＮＩＷ/粘结体系界面性质与应用技术研究[Ｄ].北京:北京理工大学ꎬ２０１５.ＷＡＮＧＤＸ.Ｓｔｕｄｙｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａ￣ｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＨＮＩＷ/ｂｏｎｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍ[Ｄ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１５.[１７]㊀ＸＩＡＯＪＪꎬＷＡＮＧＷＲꎬＣＨＥＮＪꎬｅｔａｌ.ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｏｆｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｗｉｔｈｅｎｅｒｇｙｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｏｒＨＭＸａｎｄＨＭＸ￣ｂａｓｅｄＰＢＸｓｂｙｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＰｈｙｓｉｃａＢ:ＣｏｎｄｅｎｓｅｄＭａｔｔｅｒꎬ２０１２ꎬ４０７(１７):３５０４￣３５０９.７１２０２１年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀３ꎬ４￣二硝基吡唑的晶体形貌㊁力学性能和感度的计算模拟㊀雷㊀伟ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀。

菱镁矿、白云石和方解石的浮选第一性原理研究

菱镁矿、白云石和方解石的浮选第一性原理研究张多阳;印万忠;马英强;汪聪【摘要】为了更好地实现菱镁矿的浮选脱钙,基于密度泛函理论,通过Materials Studio(MS)软件模拟优化了菱镁矿、白云石和方解石的晶体结构、解理面、与常见浮选药剂的作用模型,计算了这3种矿物的能带结构、态密度、表面能、与常见浮选药剂的前线轨道以及相互作用能等参数,从微观角度研究了钙镁碳酸盐矿物的浮选机理.理论研究表明:菱镁矿、白云石和方解石均为绝缘体,六偏磷酸钠和水玻璃比油酸钠和十二胺更容易与这3种矿物结合;菱镁矿{104}、白云石{110}、方解石{104}是这3种矿物的完全解理面;这3种矿物的钙镁离子与油酸钠的羰基氧发生了化学吸附,与十二胺是物理吸附,N—H…O氢键起了重要作用;推测出十二胺对钙镁碳酸盐矿物浮选有一定的选择性.第一性原理的推测结果基本得到了纯矿物浮选试验的验证,因此,第一性原理对浮选分离药剂的选择和机理研究有一定的指导意义.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】7页(P62-68)【关键词】菱镁矿;白云石;方解石;MS模拟;浮选【作者】张多阳;印万忠;马英强;汪聪【作者单位】福州大学紫金矿业学院,福建福州350108;福州大学紫金矿业学院,福建福州350108;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819;福州大学紫金矿业学院,福建福州350108;福州大学紫金矿业学院,福建福州350108【正文语种】中文【中图分类】TD91菱镁矿（MgCO3）和白云石（CaMg（CO3）2）、方解石（CaCO3）同属碳酸盐类矿物，含有完全相同的阴离子（）和部分相同的阳离子（Ca2+或Mg2+），具极其相似的晶体结构、较大的溶解度，类似的表面性质和浮选性能，从而造成了菱镁矿与白云石和方解石的分离困难，国内外对菱镁矿除钙的问题做了大量研究，但是还不能很好地实现大规模的工业应用，低品位菱镁矿还不能得到高效的开发利用。

MS中文介绍计算固态物理

一开始进来要先介绍几个重要的窗口，它们关系到我们进行模拟计算时所会处理及操作到的对象。姑且可以分为这三类：一、进行计算的工作，己跑完的、正在跑的都算；二、计算工作总是有各有些不同的输入与输出档案，我们经常会需要审视结果、修改输出入的相关设定；三、材料的原子及电子结构 3D 模型带有很多我们想要知道之关于这个材料的物性数据，例如晶体的晶胞边长、原子的元素种类等等。从 Veiw 的 Explorer ，它有三个 Explorer， job Exploroer、project exploroer、property explorer 。
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那我们因为还没有算很多所以这个部份我也不必讲太多，我先回到 line，那我另外还要讲的一样是按右键它另外有一个 lable 这个东西也很常用，lable 打开呢就让你可以选择你在什么样的 object 的 object type 要 lable ，你能够 lable 原子，你也能够 lable 化学键，这边因为目前这个晶包面没有任何化学键，所以它不会有化学键给你选，那我们常会用到的是要把原子的位置上打上化学的原素符号，那我们就来在 object item 下来按 element symbol ，你不要按 element name， element name 是元素名称，字比较长，element symbol 选下去然后按 apply，那么就显现了所有的原子什么样的原子的字就都出来了，这里呢你还可以选择字形的大小，你可以先把它 remove 掉，我现在先把它 remove 掉，我现在再一次 element name 要用比较小号一点的文字，所以说这非常的方便，

表面能——精选推荐

表面能是创造物质表面时对分子间化学键破坏的度量。

在固体物理理论中，表面原子比物质内部的原子具有更多的能量，因此，根据能量最低原理，原子会自发的趋于物质内部而不是表面。

表面能的另一种定义是，材料表面相对于材料内部所多出的能量。

定义：产生单位面积新表面所作的功。

一、表面能可以通过滴形分析仪（DSA）进行测定测量固体表面能所需的必要参量：至少需要两种液体这些液体在此固体上的接触角液体的表面张力液体表面张力的极性和色散部分测量固体表面能的方法:Zisman和Equation of state（不常用,因为只有色散相互作用存在，或占主要时可用）Fowkes, Owens，Wendt, Rabel,Kaelble等(几何平均的方法)Wu(调和平均方法，精度相对较高，尤其是较高能量的表面）Schultz 1,2(适合高能表面）二、OVEN二液法测定固体表面能利用界面张力测量仪，γs=γsD+γsP γL=γ LD +γ L P式中：γs为固体表面能，可以分解为色散力γsD项和极性力γsP项；γL 为液体表面能，也可以分解为色散力γLD 和极性力γLP。

那么：γL(1＋cosθ)=2(γ D γ L D)1/2 +2(γsPγLP)1/2 （1）在公式1中，如果已知液体的表面能x和其分项x，x并测出液体在固体表面上的接触角θ，则公式中还有两个未知数x和x。

为了求得这两个未知数，就需要两个方程，因此必须采用两种测试液体，获得如下的方程组：γL1(1＋cosθ1)=2(γsDγL1D)1/2+2(γsPγL1P)1/2γ L2(1＋cosθ2) =2(γsDγL2D)1/2+2(γsPγL2P) 1/2γs=γ sD＋γs P目前常用的测试液体如下表常用测试液体的表面能液体γLP γLD γLγ LP/γLD 极性水 51 21．8 72．8 2．36 极性甘油 26．4 37 63.4 0.71甲酰胺18.7 39.5 58.2 0.47二碘甲烷 2.3 48.5 50.8 0.05 非极性α－溴萘 0 44. 6 44.6 0正十六烷 0 27.6 27.6 0用Owens法计算表面能时，所选的两种测试液必须满足如下的条件：（1）两种液体的γLP /γ L D 值不能接近，而且两者的差距越大越好；（2）两种液体必须有不同的极性，即必须从极性液体中和非极性液体中各选一种液体。

《MS表面能计算》课件

移动盒子移动原子产生新的表面计算产生新表面后的efinal计算111表面首先几何建模的过程中要知道如何在物理和几何上产生111最后通过lammps的命令的方法实现
D. 应用Lammps程序计算材料的表面能
物理理论建模是关键，程序仅仅只能是实现的工具。
新表面
《MS表面能计算》
Cu(100) 晶面的表面能计算
z111
《MS表面能计算》
能量最小化方法，计算E0
《MS表面能计算》
特殊技巧处理
都改为5
过程建模：移动盒子，移动原子，产生的表面，计算产生新表面后的E（fina
40都改为10
计算111表面，首先几何建模的过程中要知道如何在物理和几何上产生（111
），最后通过lammps的命令的方法实现。
lattice fcc 3.615 origin 0 0 0 orient x 1 1 -2 orient y -1 1 0 orient
改为3.615 改为 0 10 0 4 0 4
几何建模：简单晶格结构物理建模：简单合金势函数
改为 eam
* * Cu_u3.eam 改为 8和2
《MS表面能计算》
区域分块
过程建模：实现真空层
输出建模：计算能量，原子坐标
输出控制：格式，参变量
dump dump_modify 2 pad 4
2 all image 10 image.*.jpg type type & zoom 1.6 adiam 1.5

表面能测试方法

表面能的测试方法一、接触角法（碳纤维）这种方法主要参考Fowkes的模型，该模型认为表面能是由可对材料表面引起作用的各种作用力引起的，并将固体和液体的表面自由能分解为色散作用成分、偶极作用成分、诱导作用成分、氢键作用成分、兀键作用成分、静电作用成分和给体-受体作用成分之和。

OWRK法建立在Fowkes固体表面能加和理论基础之上，将固体表面自由能分为色散和极性分量，分别反映接触相之间不同分子类型间的作用力。

通过测试碳纤维与各种已知性质的小分子的接触角来计算碳纤维的表面能、色散分量和极性分量。

DCAT21表面/界面张力仪，Dataphysics仪器股份有限公司。

用吊片法测试四种小分子探测液体与碳纤维的前进接触角，每种小分子液体的接触角均为至少5次实验的平均值，将前进接触角代替杨氏接触角进行纤维表面自由能的计算。

由于纤维单丝的分散性较大，为了减少单丝分散性带来的测试误差，本文将4根碳纤维单丝均匀的黏在圆形夹具上，保证每根之间相互平行，并垂直于夹具底边，以保证4根纤维同时与液面接触。

OWRK法建立在Fowkes固体表面能加和理论基础之上，将固体表面自由能分为色散和极性分量，分别反映接触相之间不同分子类型间的作用力。

Owens和Wendt认为固液两接触相间的界面张力可表述如下:r/I）D\1/2r/F P\9ysL=7s-2<y s y L）-2{y s y f）。

r式中K、y、x分别为固体总表面能、色散分量和极性分量；1）『八、九、九表示测试液体表面张力、色散分量及极性分量，且满足丫、'7+八九=）：+了：将上述方程与杨氏方程结合得到：九（1+COS。

）=2（乂"2+2（/0：）理论上，若能确定两种液体（已知九、""）在固体表面的接触角，即可应用上述方程计算固体表面能和色散、极性分量。

以上是用OWRK法计算表面能。

二、反相气相色谱法（IGC法）IGC法：英国SMS公司。

表面能测试方法

表面能的测试方法一、接触角法（碳纤维）这种方法主要参考Fowkes 的模型，该模型认为表面能是由可对材料表面引起作用的各种作用力引起的，并将固体和液体的表面自由能分解为色散作用成分、偶极作用成分、诱导作用成分、氢键作用成分、π键作用成分、静电作用成分和给体－受体作用成分之和。

OWRK 法建立在Fowkes 固体表面能加和理论基础之上，将固体表面自由能分为色散和极性分量，分别反映接触相之间不同分子类型间的作用力。

通过测试碳纤维与各种已知性质的小分子的接触角来计算碳纤维的表面能、色散分量和极性分量。

DCAT21 表面/界面张力仪，Dataphysics 仪器股份有限公司。

用吊片法测试四种小分子探测液体与碳纤维的前进接触角，每种小分子液体的接触角均为至少 5 次实验的平均值，将前进接触角代替杨氏接触角进行纤维表面自由能的计算。

由于纤维单丝的分散性较大，为了减少单丝分散性带来的测试误差，本文将4根碳纤维单丝均匀的黏在圆形夹具上，保证每根之间相互平行，并垂直于夹具底边，以保证4 根纤维同时与液面接触。

OWRK 法建立在Fowkes 固体表面能加和理论基础之上，将固体表面自由能分为色散和极性分量，分别反映接触相之间不同分子类型间的作用力。

Owens 和Wendt 认为固液两接触相间的界面张力可表述如下:式中分别为固体总表面能、色散分量和极性分量;表示测试液体表面张力、色散分量及极性分量，且满足将上述方程与杨氏方程结合得到:理论上，若能确定两种液体( 已知) 在固体表面的接触角，即可应用上述方程计算固体表面能和色散、极性分量。

以上是用OWRK 法计算表面能。

二、反相气相色谱法（IGC法）IGC 法: 英国SMS公司。

用甲烷测量死体积，载气为氦气，流速为10sccm。

测试时探针箱温度35℃，柱温箱温度30℃，相对湿度为0% 。

注射浓度是0. 04 p / po。

纤维装在经过惰性处理的玻璃柱内，质量为0. 800g 左右。