适用于TATB,RDX,HMX含能材料的全原子力场的建立与验证

金钊 刘建 王丽莉 曹风雷 孙淮

引用本文: 金钊, 刘建, 王丽莉, 曹风雷, 孙淮. 适用于TATB,RDX,HMX含能材料的全原子力场的建立与验证[J]. 物理化学学报, 2014, 30(4): 654-661. doi: 10.3866/PKU.WHXB201402113 shu
Citation:  JIN Zhao, LIU Jian, WANG Li-Li, CAO Feng-Lei, SUN Huai. Development and Validation of an All-Atom Force Field for the Energetic Materials TATB, RDX and HMX[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(4): 654-661. doi: 10.3866/PKU.WHXB201402113 shu

适用于TATB,RDX,HMX含能材料的全原子力场的建立与验证

  • 基金项目:

    中国工程物理研究院计算机应用研究所和国家自然科学基金(21173146,21073119)资助项目 

摘要:

报道一个适用于三种常见的含能材料分子三硝基三氨基苯(TATB),环三亚甲基三硝胺(RDX),环四亚甲基四硝胺(HMX)的全原子力场. 力场采用广泛使用的力场函数形式,其中键参数通过拟合量子化学密度泛函计算的数据获得,电荷参数和范德华参数通过拟合相应的分子晶体的物理性质(密度和升华焓)优化得到. 通过计算分子和分子晶体的性质显示该力场可以用来准确地预测分子结构、分子振动频率和分子晶体的晶胞参数、密度和升华焓. 进一步的验证显示该力场可用来较为准确地预测分子晶体的状态方程和机械模量.

English

    1. [1]

      (1) Gee, R. H.; Maiti, A.; Bastea, S.; Fried, L. E. Macromolecules 2007, 40, 3422. doi: 10.1021/ma0702501

      (1) Gee, R. H.; Maiti, A.; Bastea, S.; Fried, L. E. Macromolecules 2007, 40, 3422. doi: 10.1021/ma0702501

    2. [2]

      (2) Maiti, A.; Gee, R. H.; Hoffman, D. M.; Fried, L. E. J. Appl. Phys. 2008, 103, 053504. doi: 10.1063/1.2838319(2) Maiti, A.; Gee, R. H.; Hoffman, D. M.; Fried, L. E. J. Appl. Phys. 2008, 103, 053504. doi: 10.1063/1.2838319

    3. [3]

      (3) Xiao, J.; Huang, H.; Li, J.; Zhang, H.; Zhu, W.; Xiao, H. J. Mater. Sci. 2008, 43, 5685. doi: 10.1007/s10853-008-2704-0(3) Xiao, J.; Huang, H.; Li, J.; Zhang, H.; Zhu, W.; Xiao, H. J. Mater. Sci. 2008, 43, 5685. doi: 10.1007/s10853-008-2704-0

    4. [4]

      (4) Xu, X.; Xiao, J.; Huang, H.; Li, J.; Xiao, H. J. Hazard. Mater. 2010, 175, 423. doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.10.023(4) Xu, X.; Xiao, J.; Huang, H.; Li, J.; Xiao, H. J. Hazard. Mater. 2010, 175, 423. doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.10.023

    5. [5]

      (5) Zhou, Y.; Long, X.; Wei, X. J. Mol. Model. 2011, 17, 3015. doi: 10.1007/s00894-011-0977-8(5) Zhou, Y.; Long, X.; Wei, X. J. Mol. Model. 2011, 17, 3015. doi: 10.1007/s00894-011-0977-8

    6. [6]

      (6) Huang, Y. C.; Hu, Y. J.; Xiao, J. J.; Yin, K. L.; Xiao, H. M. Acta Phys. -Chim. Sin. 2005, 21, 425. [黄玉成, 胡应杰, 肖继军, 殷开梁, 肖鹤鸣. 物理化学学报, 2005, 21, 425.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20050416(6) Huang, Y. C.; Hu, Y. J.; Xiao, J. J.; Yin, K. L.; Xiao, H. M. Acta Phys. -Chim. Sin. 2005, 21, 425. [黄玉成, 胡应杰, 肖继军, 殷开梁, 肖鹤鸣. 物理化学学报, 2005, 21, 425.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20050416

    7. [7]

      (7) Xiao, J. J.; Gu, C. G.; Fang, G. Y.; Zhu, W.; Xiao, H. M. Acta Chim. Sin. 2005, 63, 439. [肖继军, 谷成刚, 方国勇, 朱伟, 肖鹤鸣. 化学学报, 2005, 63, 439.](7) Xiao, J. J.; Gu, C. G.; Fang, G. Y.; Zhu, W.; Xiao, H. M. Acta Chim. Sin. 2005, 63, 439. [肖继军, 谷成刚, 方国勇, 朱伟, 肖鹤鸣. 化学学报, 2005, 63, 439.]

    8. [8]

      (8) Sorescu, D. C.; Rice, B. M.; Thompson, D. L. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 798. doi: 10.1021/jp9624865(8) Sorescu, D. C.; Rice, B. M.; Thompson, D. L. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 798. doi: 10.1021/jp9624865

    9. [9]

      (9) Sorescu, D. C.; Rice, B. M.; Thompson, D. L. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 6692. doi: 10.1021/jp981661+(9) Sorescu, D. C.; Rice, B. M.; Thompson, D. L. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 6692. doi: 10.1021/jp981661+

    10. [10]

      (10) Smith, G. D.; Bharadwaj, R. K. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 3570. doi: 10.1021/jp984599p(10) Smith, G. D.; Bharadwaj, R. K. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 3570. doi: 10.1021/jp984599p

    11. [11]

      (11) Boyd, S.; Gravelle, M.; Politzer, P. J. Chem. Phys. 2006, 124, 104508. doi: 10.1063/1.2176621(11) Boyd, S.; Gravelle, M.; Politzer, P. J. Chem. Phys. 2006, 124, 104508. doi: 10.1063/1.2176621

    12. [12]

      (12) Gee, R. H.; Roszak, S.; Balasubramanian, K.; Fried, L. E. J. Chem. Phys. 2004, 120, 7059. doi: 10.1063/1.1676120(12) Gee, R. H.; Roszak, S.; Balasubramanian, K.; Fried, L. E. J. Chem. Phys. 2004, 120, 7059. doi: 10.1063/1.1676120

    13. [13]

      (13) Plimpton, S. J. Comput. Phys. 1995, 117, 1. doi: 10.1006/jcph.1995.1039(13) Plimpton, S. J. Comput. Phys. 1995, 117, 1. doi: 10.1006/jcph.1995.1039

    14. [14]

      (14) Plimpton, S. LAMMPS:Large-Scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator. http://lammps.sandia. v.(14) Plimpton, S. LAMMPS:Large-Scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator. http://lammps.sandia. v.

    15. [15]

      (15) Phillips, J. C.; Braun, R.; Wang, W.; Gumbart, J.; Tajkhorshid, E.; Villa, E.; Chipot, C.; Skeel, R. D.; Kale, L.; Schulten, K. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1781. 10.1002/(ISSN)1096-987X(15) Phillips, J. C.; Braun, R.; Wang, W.; Gumbart, J.; Tajkhorshid, E.; Villa, E.; Chipot, C.; Skeel, R. D.; Kale, L.; Schulten, K. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1781. 10.1002/(ISSN)1096-987X

    16. [16]

      (16) Van Der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; Groenhof, G.; Mark, A. E.; Berendsen, H. J. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1701. doi: 10.1002/(ISSN)1096-987X(16) Van Der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; Groenhof, G.; Mark, A. E.; Berendsen, H. J. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1701. doi: 10.1002/(ISSN)1096-987X

    17. [17]

      (17) Cady, H. H.; Larson, A. C. Acta Crystallogr. 1965, 18, 485. doi: 10.1107/S0365110X6500107X(17) Cady, H. H.; Larson, A. C. Acta Crystallogr. 1965, 18, 485. doi: 10.1107/S0365110X6500107X

    18. [18]

      (18) Choi, C.; Prince, E. Acta Crystallogr. Sect. B 1972, 28, 2857. doi: 10.1107/S0567740872007046(18) Choi, C.; Prince, E. Acta Crystallogr. Sect. B 1972, 28, 2857. doi: 10.1107/S0567740872007046

    19. [19]

      (19) Cady, H. H.; Smith, L. C. Los Alamos Scientific Laboratory Report LAMS-2652 TID-4500; Los Alamos National Laboratory: Los Alamos, NM, 1961.(19) Cady, H. H.; Smith, L. C. Los Alamos Scientific Laboratory Report LAMS-2652 TID-4500; Los Alamos National Laboratory: Los Alamos, NM, 1961.

    20. [20]

      (20) Choi, C. S.; Boutin, H. P. Acta Crystallogr. Sect. B 1970, 26, 1235. doi: 10.1107/S0567740870003941(20) Choi, C. S.; Boutin, H. P. Acta Crystallogr. Sect. B 1970, 26, 1235. doi: 10.1107/S0567740870003941

    21. [21]

      (21) Cady, H. H.; Larson, A. C.; Cromer, D. T. Acta Crystallogr. 1963, 16, 617. doi: 10.1107/S0365110X63001651(21) Cady, H. H.; Larson, A. C.; Cromer, D. T. Acta Crystallogr. 1963, 16, 617. doi: 10.1107/S0365110X63001651

    22. [22]

      (22) Cobbledick, R.; Small, R. Acta Crystallogr. Sect. B 1974, 30, 1918. doi: 10.1107/S056774087400611X(22) Cobbledick, R.; Small, R. Acta Crystallogr. Sect. B 1974, 30, 1918. doi: 10.1107/S056774087400611X

    23. [23]

      (23) Direct Force Field, 7.1; Aeon Technology Inc.: San Die , CA, USA, 2012.(23) Direct Force Field, 7.1; Aeon Technology Inc.: San Die , CA, USA, 2012.

    24. [24]

      (24) Rice, B. M.; Chabalowski, C. F. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 8720. doi: 10.1021/jp972062q(24) Rice, B. M.; Chabalowski, C. F. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 8720. doi: 10.1021/jp972062q

    25. [25]

      (25) Riley, K. E.; Op't Holt, B. T.; Merz, K. M. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 407. doi: 10.1021/ct600185a(25) Riley, K. E.; Op't Holt, B. T.; Merz, K. M. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 407. doi: 10.1021/ct600185a

    26. [26]

      (26) Breneman, C. M.; Wiberg, K. B. J. Comput. Chem. 1990, 11, 361. doi: 10.1002/(ISSN)1096-987X(26) Breneman, C. M.; Wiberg, K. B. J. Comput. Chem. 1990, 11, 361. doi: 10.1002/(ISSN)1096-987X

    27. [27]

      (27) Mulliken, R. S. J. Chem. Phys. 1955, 23, 1833. doi: 10.1063/1.1740588(27) Mulliken, R. S. J. Chem. Phys. 1955, 23, 1833. doi: 10.1063/1.1740588

    28. [28]

      (28) Frisch, M.; Trucks, G.; Schlegel, H.; et al. Gaussian 03, Revision C.02; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, USA, 2004.(28) Frisch, M.; Trucks, G.; Schlegel, H.; et al. Gaussian 03, Revision C.02; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, USA, 2004.

    29. [29]

      (29) Jorgensen, W. L.; Maxwell, D. S.; Tirado-Rives, J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11225. doi: 10.1021/ja9621760(29) Jorgensen, W. L.; Maxwell, D. S.; Tirado-Rives, J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11225. doi: 10.1021/ja9621760

    30. [30]

      (30) Sun, H. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7338. doi: 10.1021/jp980939v(30) Sun, H. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7338. doi: 10.1021/jp980939v

    31. [31]

      (31) Rosen, J. M.; Dickinson, C. J. Chem. Eng. Data 1969, 14, 120. doi: 10.1021/je60040a044(31) Rosen, J. M.; Dickinson, C. J. Chem. Eng. Data 1969, 14, 120. doi: 10.1021/je60040a044

    32. [32]

      (32) Taylor, J. W.; Crookes, R. J. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1976, 72, 723. doi: 10.1039/f19767200723(32) Taylor, J. W.; Crookes, R. J. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1976, 72, 723. doi: 10.1039/f19767200723

    33. [33]

      (33) Bedrov, D.; Ayyagari, C.; Smith, G. D.; Sewell, T. D.; Menikoff, R.; Zaug, J. M. J. Comput. Aided Mater. Des. 2001, 8, 77. doi: 10.1023/A:1020046817543(33) Bedrov, D.; Ayyagari, C.; Smith, G. D.; Sewell, T. D.; Menikoff, R.; Zaug, J. M. J. Comput. Aided Mater. Des. 2001, 8, 77. doi: 10.1023/A:1020046817543

    34. [34]

      (34) Rai, N.; Bhatt, D.; Siepmann, J. I.; Fried, L. E. J. Chem. Phys. 2008, 129, 194510. doi: 10.1063/1.3006054(34) Rai, N.; Bhatt, D.; Siepmann, J. I.; Fried, L. E. J. Chem. Phys. 2008, 129, 194510. doi: 10.1063/1.3006054

    35. [35]

      (35) Stevens, L. L.; Velisavljevic, N.; Hooks, D. E.; Dattelbaum, D. M. Propellants, Explos., Pyrotech. 2008, 33, 286. doi: 10.1002/prep.v33:4(35) Stevens, L. L.; Velisavljevic, N.; Hooks, D. E.; Dattelbaum, D. M. Propellants, Explos., Pyrotech. 2008, 33, 286. doi: 10.1002/prep.v33:4

    36. [36]

      (36) Bedrov, D.; Borodin, O.; Smith, G. D.; Sewell, T. D.; Dattelbaum, D. M.; Stevens, L. L. J. Chem. Phys. 2009, 131, 224703. doi: 10.1063/1.3264972(36) Bedrov, D.; Borodin, O.; Smith, G. D.; Sewell, T. D.; Dattelbaum, D. M.; Stevens, L. L. J. Chem. Phys. 2009, 131, 224703. doi: 10.1063/1.3264972

    37. [37]

      (37) Olinger, B.; Roof, B.; Cady, H. In Proceedings of International Symposium on High Dynamic Pressures Commissariat al Energie Atomique:Paris, France, 1978; p 3.(37) Olinger, B.; Roof, B.; Cady, H. In Proceedings of International Symposium on High Dynamic Pressures Commissariat al Energie Atomique:Paris, France, 1978; p 3.

    38. [38]

      (38) Zheng, L.; Thompson, D. L. J. Chem. Phys. 2006, 125, 084505. 10.1063/1.2238860(38) Zheng, L.; Thompson, D. L. J. Chem. Phys. 2006, 125, 084505. 10.1063/1.2238860

    39. [39]

      (39) Sorescu, D. C.; Rice, B. M.; Thompson, D. L. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 6783. doi: 10.1021/jp991202o

      (39) Sorescu, D. C.; Rice, B. M.; Thompson, D. L. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 6783. doi: 10.1021/jp991202o

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  838
  • 文章访问数:  1014
  • HTML全文浏览量:  43
文章相关
  • 发布日期:  2014-03-31
  • 收稿日期:  2013-12-25
  • 网络出版日期:  2014-02-11
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章