劉偉紅，張明建?，劉福生，劉其軍

(1.西南交通大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610031；2.西南交通大學(xué)鍵帶工程組，四川 成都 610031)

1 引言

含能材料是火藥、炸藥和火工煙火藥劑的總稱，通?；鹚幱职òl(fā)射藥和推進(jìn)劑，如圖1 所示。含能材料的技術(shù)水平是衡量國(guó)家國(guó)防力量的重要因素之一，在民用和軍事領(lǐng)域中發(fā)揮著舉足輕重的作用[1-5]。然而，含能材料的安全性和爆轟性能是此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，爆轟性能越強(qiáng)往往安全性越低，這在分子層面上是不可克服的矛盾[6-8]。眾所周知，感度是含能材料能否實(shí)用的關(guān)鍵，是評(píng)估炸藥安全性能優(yōu)劣極為重要的指標(biāo)之一。因此，對(duì)含能材料感度的研究愈發(fā)重要。

圖1 含能材料的分類

感度是指含能材料在外界刺激下(熱、撞擊、沖擊、激光等)發(fā)生爆炸的難易程度，根據(jù)能量沖擊方式的不同，可以將其分為撞擊感度，摩擦感度，沖擊感度，熱感度，激光感度，靜電火花感度和槍擊感度等[9-11]。感度的大小將直接影響含能材料的合成、運(yùn)輸、存儲(chǔ)和使用。因此，研究影響感度的因素對(duì)于理解和控制含能材料具有重要的意義。感度通常依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到，但由于感度試驗(yàn)對(duì)外界條件依賴性強(qiáng)，需要耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力和物力，而且在多數(shù)情況下含能材料本身具有危險(xiǎn)性，因此理論上研究影響含能材料感度的因素一直是人們關(guān)注和研究的重要課題[12-16]。一般來(lái)說(shuō)，影響含能材料感度的因素包括成分、分子結(jié)構(gòu)、晶體狀態(tài)和環(huán)境條件等[17,18]，如圖2 所示。從晶體層面來(lái)講，晶體密度、晶體形態(tài)、晶體大小、晶體堆積方式、剪切應(yīng)變變形、晶體表面和界面等都會(huì)影響感度的大小[19-22]；從環(huán)境條件上來(lái)講，初始溫度、填裝密度和進(jìn)藥過(guò)程等也會(huì)影響感度的大小[23-25]，這就意味著必須在盡可能統(tǒng)一的樣品制備和測(cè)試程序下進(jìn)行感度測(cè)量；從分子層面上來(lái)講，受激高能分子的穩(wěn)定性是點(diǎn)火的關(guān)鍵，也就是說(shuō)分子穩(wěn)定性是理解感度的起點(diǎn)[26]。因此，從分子層面上研究含能材料的感度是非常重要的。多年來(lái)，隨著對(duì)含能材料感度的深入研究，含能材料分子和感度的關(guān)系以及相關(guān)性被廣泛地報(bào)道。本文主要從分子層面上綜述了影響含能材料感度的因素及其相關(guān)性。

圖2 含能材料感度的影響因素

2 影響感度的因素

如圖3 所示，從分子層面上講，許多基于分子穩(wěn)定性的感度影響因素被提出，主要涉及了分子組成、電子結(jié)構(gòu)、熱解反應(yīng)和能量等方面。

圖3 分子層面上影響含能材料感度的因素

2.1 分子組成對(duì)感度的影響

氧平衡（OB100）是指含能材料中的氧將所含的可燃元素C 和H 完全氧化后，每百克炸藥所多余的氧含量[27,28]。在一定程度上，OB100越高，表明分子穩(wěn)定性越低，感度越高。Adolph 和Kamlet 發(fā)現(xiàn)對(duì)于具有相似分解歷程的含能材料（硝基芳香族和脂肪族炸藥）來(lái)說(shuō)，落高的對(duì)數(shù)值logh50%與氧平衡指數(shù)OB100可以用線性方程來(lái)表示。對(duì)于脂肪族炸藥來(lái)說(shuō)，二者的關(guān)系可以表示為：logh50%=1.74-0.28OB100。對(duì)于硝基芳香族炸藥來(lái)說(shuō)，根據(jù)苯環(huán)上α是否含有H 可將其分為兩類：苯環(huán)上α-C 不含H 的芳香族炸藥，其感度和氧平衡系數(shù)的關(guān)系式為logh50%=1.73-0.32OB100；苯環(huán)上α-C 含有H 的芳香族炸藥，其關(guān)系式為logh50%=1.33-0.26OB100[28]。然而，OB100在評(píng)估感度時(shí)僅適用于具有類似分解機(jī)制的含能材料，同時(shí)也存在著不能區(qū)分同分異構(gòu)體感度的缺點(diǎn)。

Keshaarz 等人提出了一種預(yù)測(cè)炸藥CaHbNcOd撞擊感度的方法，通過(guò)線性回歸得到撞擊感度和原子個(gè)數(shù)的關(guān)系式。對(duì)于沒(méi)有α-H 的硝基芳香族炸藥來(lái)說(shuō)，二者的關(guān)系式可以表示為：（MW 為分子量）；對(duì)于有α-H 的硝基芳香族炸藥來(lái)說(shuō)，二者的關(guān)系式為：[29]?？梢园l(fā)現(xiàn)，利用此方法預(yù)測(cè)撞擊感度不需要測(cè)量或者估計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他資料，可以簡(jiǎn)單快速地計(jì)算出撞擊感度，但是同樣無(wú)法判斷同分異構(gòu)體的撞擊感度。

房偉等人利用多元線性回歸研究了基團(tuán)和原子對(duì)硝基炸藥撞擊感度的影響,發(fā)現(xiàn)氨基(-NH2)基團(tuán)的引入會(huì)降低含能材料的撞擊感度，硝基(-NO2)的引入會(huì)提高硝基含能材料的撞擊感度，其中C-NO2基團(tuán)對(duì)撞擊感度的影響最小，O-NO2基團(tuán)的影響次之，N-NO2的影響最大，而且硝基位置不同影響不同[30,31]。另外，苯環(huán)以及α-H、α-CH 基團(tuán)也會(huì)對(duì)芳香族含能材料的感度有不同程度影響。很顯然，這些工作是很有意義的，但是在研究含能材料感度和分子關(guān)系時(shí)，只是考慮原子和基團(tuán)的數(shù)目和特性是不夠的，需要上升到分子的電子結(jié)構(gòu)來(lái)深入地研究含能材料的感度。

2.2 電子結(jié)構(gòu)對(duì)感度的影響

正如我們所知，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，對(duì)含能材料電子結(jié)構(gòu)的研究有利于從本質(zhì)上理解分子的穩(wěn)定性。密度泛函理論是探索分子電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)鍵工具。近年來(lái)，隨著密度泛函理論在量子化學(xué)計(jì)算中的廣泛應(yīng)用，含能材料電子結(jié)構(gòu)和感度的關(guān)系被廣泛研究和報(bào)道。電子結(jié)構(gòu)主要涉及電子密度、基團(tuán)電荷、靜電勢(shì)(ESP)、電負(fù)性、鍵級(jí)(BO)，躍遷能和帶隙等方面，如圖3 所示。

電子密度越高，表明定位在成鍵區(qū)的電子越多，鍵的強(qiáng)度越強(qiáng)，分子穩(wěn)定性越高，對(duì)應(yīng)的感度越低[32-35]。Anders 等人利用密度泛函理論對(duì)17 個(gè)硝基芳香族分子的電子密度進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)芳環(huán)中電子密度越大的炸藥，對(duì)應(yīng)的感度越低[33]。

硝基化合物是很強(qiáng)的電子受體，這種能力可以通過(guò)硝基上的凈電荷表現(xiàn)出來(lái)，硝基上的負(fù)電荷越低，意味著電子吸引力越強(qiáng)，硝基化合物越不穩(wěn)定[36-38]。張朝陽(yáng)等人基于密度泛函理論研究了26 種硝基化合物撞擊感度和硝基電荷的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)硝基電荷-QNO2越高，撞擊感度越低。因此他們提出將硝基電荷作為判斷硝基芳香族化合物撞擊感度大小的依據(jù)[37]。

任何系統(tǒng)的電子和原子核都會(huì)在周圍空間產(chǎn)生靜電勢(shì)，在給定的區(qū)域，電勢(shì)是負(fù)的還是正的，取決于電子或原子核在該區(qū)域內(nèi)誰(shuí)占主要地位。靜電勢(shì)是一個(gè)真實(shí)且具有重要意義的物理量，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算得到[39]。根據(jù)庫(kù)侖定律，靜電勢(shì)直接反映了系統(tǒng)中的電荷分布，因此與感度是具有相關(guān)性的。王開(kāi)明等人用從頭算法對(duì)四類含硝基炸藥(硝基甲苯類、硝基苯衍生物，硝基苯酚類、以及硝基苯胺類炸藥)撞擊感度和靜電勢(shì)的相關(guān)性進(jìn)行了研究[40-43]，發(fā)現(xiàn)對(duì)于硝基甲苯類炸藥，實(shí)驗(yàn)撞擊能與C-NO2鍵中點(diǎn)的靜電勢(shì)最大值Vmidmax的函數(shù)關(guān)系式為：實(shí)驗(yàn)撞擊能=-0.0003Vmidmax+0.0079，即C-NO2鍵中點(diǎn)的靜電勢(shì)增大，實(shí)驗(yàn)撞擊能隨之減小[40]。對(duì)于硝基苯衍生物，發(fā)現(xiàn)根據(jù)氧平衡法求得撞擊感度與C-NO2鍵中點(diǎn)靜電勢(shì)最大值之間的函數(shù)關(guān)系為；根據(jù)活性指數(shù)法求得的撞擊感度與靜電勢(shì)最大值的函數(shù)表達(dá)式為。不管采用哪一種方法，求得的撞擊感度都隨著C-NO2鍵中點(diǎn)靜電勢(shì)最大值的增加而增加[41]。然而，對(duì)于硝基苯胺類炸藥，發(fā)現(xiàn)僅僅應(yīng)用靜電勢(shì)最大值Vmidmax判斷實(shí)驗(yàn)撞擊感度對(duì)于TATB 和DATB 并不適用。他們應(yīng)用最小二乘法原理，以這幾種化合物的撞擊感度為縱坐標(biāo)，靜電勢(shì)最大值和偶極矩的乘積為橫坐標(biāo)對(duì)其進(jìn)行擬合，得到的函數(shù)關(guān)系式為h50%=-0.0448(Vmidmax·P+3.2485)。這意味著對(duì)于硝基苯胺類炸藥來(lái)說(shuō)，感度的遞變順序與電勢(shì)最大值和偶極矩乘積的遞變順序是一致的[42]。對(duì)于硝基苯酚類炸藥，實(shí)驗(yàn)撞擊感度h50和C-NO2鍵中點(diǎn)靜電勢(shì)最大值Vmidmax擬合的函數(shù)關(guān)系式為2.8481Vmidmax+45.4461[43]。雷偉等人在DFT-BHandHLYP/6-311G**水平下研究了硝基炸藥(硝銨類，雜化類和三硝基芳香族)的撞擊感度，表面靜電勢(shì)和活化能三者之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)對(duì)于硝銨類炸藥，三者的關(guān)系表示為：H50=-156.68+159.83 exp+0.56Vmid,對(duì)于雜環(huán)類炸藥，三者的關(guān)系表示為：H50=-1844.28+2166.67 exp,對(duì)于三硝基芳香族炸藥，三者的關(guān)系表示為：-3.49Vmid[44]。

電負(fù)性是一個(gè)非常熟悉的概念，是指分子或者基團(tuán)吸引電子的能力，因此可以用來(lái)表示分子穩(wěn)定性。Mullay 等人發(fā)現(xiàn)對(duì)于多硝基芳香族和多硝基脂肪族化合物來(lái)說(shuō)，分子電負(fù)性與撞擊感度之間有顯著的相關(guān)性，分子電負(fù)性越低，撞擊感度越低[45]。

鍵級(jí)(Wiberg 鍵級(jí)，Muliiken 鍵級(jí)和Π鍵級(jí))是鍵強(qiáng)弱的一種度量。鍵級(jí)越大，表明電荷的重疊度越高，鍵越強(qiáng)，分子越穩(wěn)定。Wiberg 鍵級(jí)、WA-B和Muliiken 鍵級(jí)MA-B描述分子中的價(jià)電子出現(xiàn)在原子A 和B 之間的幾率，Π鍵級(jí)PA-B反映化學(xué)鍵A-B 中Π電子密度的大小，因此鍵級(jí)與感度也是相關(guān)的[46-48]。肖鶴鳴等人對(duì)苯胺類硝基炸藥及衍生物，苯酚和甲苯硝基衍生物的鍵級(jí)和撞擊感度進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)鍵級(jí)與撞擊感度的遞變次序是相同的，鍵級(jí)越大，對(duì)應(yīng)的撞擊感度越小[46,47]。他們提出用分子中最弱鍵的鍵級(jí)(最小鍵級(jí)原理)作為撞擊感度的判別依據(jù)。采用這種判據(jù)計(jì)算是非常簡(jiǎn)單的，但是只有當(dāng)引發(fā)鍵為單鍵并且對(duì)于結(jié)構(gòu)相似、熱解機(jī)理相同的炸藥才適用。

電子從最高占據(jù)軌道(HOMO)向最低空軌道(LUMO)躍遷所需要的能量稱為躍遷能或激發(fā)能，躍遷能越少，化合物越容易分解和爆炸。肖鶴鳴等人應(yīng)用EHCO 和DV-Xa 計(jì)算方法研究了離子型金屬疊氮化合物撞擊感度和躍遷能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)躍遷能越小，撞擊感度越大。他們提出用躍遷能(又稱為最易躍遷原理)作為撞擊感度的判別依據(jù)[49]。然而這種判據(jù)僅適用于離子型金屬疊氮化合物，對(duì)于共價(jià)型的疊氮化物并不適用。

帶隙是價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的能級(jí)差，是表征電子結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)之一。帶隙越小，電子從價(jià)帶轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶越容易。肖鶴鳴等人應(yīng)用密度泛函理論研究了一價(jià)的重金屬疊氮化物，二價(jià)的重金屬疊氮化物和硝基苯胺類化合物的帶隙和撞擊感度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)撞擊感度和帶隙之間存在著平行的遞變規(guī)律，帶隙越小，撞擊感度越大。在此基礎(chǔ)上，他們建立了“第一性原理帶隙”判據(jù)，即對(duì)于結(jié)構(gòu)相似或熱解機(jī)理相同的含能材料來(lái)說(shuō)，帶隙越小，撞擊感度越大[50]。但這種判據(jù)也有它的局限性，對(duì)于帶隙相同或者金屬含能材料來(lái)說(shuō)，帶隙判據(jù)就不再適用。

2.3 熱解反應(yīng)對(duì)感度的影響

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和量子化學(xué)方法的不斷發(fā)展，許多研究者將含能材料感度的靜態(tài)研究發(fā)展為動(dòng)態(tài)研究。熱解反應(yīng)中涉及到與感度有關(guān)的物理量包括速率常數(shù)、單位體積爆轟熱、鍵離解能、活化能以及引發(fā)鍵的鍵長(zhǎng)等。

速率常數(shù)的定義為反應(yīng)物濃度為單位濃度時(shí)的反應(yīng)速率，速率常數(shù)由化學(xué)反應(yīng)本身決定，與反應(yīng)物的濃度無(wú)關(guān)。Mathieu 等人研究了硝基化合物速率常數(shù)和撞擊感度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者之間有很好的線性相關(guān)性，速率常數(shù)越大，撞擊感度越大[51]。

爆炸過(guò)程中釋放的熱量取決于幾個(gè)因素，其中包括含能材料的化學(xué)成分、最終爆轟產(chǎn)物的性質(zhì)和環(huán)境條件(裝載密度和氣態(tài)產(chǎn)物能夠膨脹的程度)等。對(duì)于大多數(shù)由C、H、N、O 元素組成的二次炸藥來(lái)說(shuō)，最終產(chǎn)物通常是N2，H2O，CO，CO2，H2和C 的某種組合。Rice 等人觀察到對(duì)于硝基芳香族化合物，隨著單位體積爆轟熱Q 的增大，撞擊感度有增加的趨勢(shì)[52]。

含能材料的分解和起爆與分子中引發(fā)鍵的離解能量有很大關(guān)系，鍵離解能(BDE)是指NO2的能量與去掉一個(gè)NO2基團(tuán)后的能量之和減去整個(gè)分子的能量，它直接反映了鍵的強(qiáng)度。比如對(duì)于CL-20(C6H6N12O12)，它的鍵離解能為。Rice 等人基于密度泛函理論研究了硝基苯類和硝基苯胺類炸藥撞擊感度和鍵離解能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者之間密切相關(guān)，提出炸藥的撞擊感度可以用鍵離解能來(lái)表征[53]；董潔等人報(bào)道了硝銨炸藥撞擊感度和鍵離解能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者沒(méi)有一致的遞變趨勢(shì)，而偶極矩和鍵離解能的乘積與撞擊感度有相同的遞變規(guī)律[54]；宋曉書等人研究了多硝基苯酸酯炸藥鍵離解能與撞擊感度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)最弱鍵的離解能和分子總能量的比值(BDE/E)與撞擊感度有明顯的線性關(guān)系[55]。然而，鍵離解能只適用于判斷結(jié)構(gòu)相似和引發(fā)鍵為R-NO2鍵的炸藥分子，對(duì)于硝基立方烷(引發(fā)鍵為C-C 鍵)和硝基甲苯類炸藥(引發(fā)鍵為C-H 鍵)就不能利用鍵離解能來(lái)判別撞擊感度。

活化能的定義是分子從基態(tài)轉(zhuǎn)變到發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍態(tài)時(shí)所需要的能量，它表示活化反應(yīng)的難易程度。肖鶴鳴等人對(duì)苯、苯胺、苯酚和甲苯4 個(gè)系列的硝基衍生物的熱解機(jī)理進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)熱解引發(fā)反應(yīng)活化能與它們的實(shí)驗(yàn)撞擊感度之間存在平行或線性關(guān)系：活化能越大，感度越小，因此提出了“熱解引發(fā)反應(yīng)活化能”判據(jù)[56-62]。王瓊等人基于密度泛函理論對(duì)六種偶氮四唑非金屬鹽的撞擊感度和熱分解活化能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)分解活化能越高，撞擊感度越小[63]。不過(guò)用活化能判據(jù)必須知道炸藥熱分解的過(guò)程，但很多炸藥的熱解機(jī)理并不清楚，另外根據(jù)熱解機(jī)理計(jì)算反應(yīng)活化能是比較麻煩和復(fù)雜的。

炸藥分子中能量最高的化學(xué)鍵稱為含能材料的引發(fā)鍵，引發(fā)鍵在外界作用下，最容易發(fā)生斷裂，并引發(fā)爆炸。Politzer 等人發(fā)現(xiàn)硝胺和硝基類炸藥的沖擊感度與分子中的引發(fā)鍵(N-NO2)鍵長(zhǎng)有線性相關(guān)關(guān)系[64]。朱偉等人應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)研究了高能混合物撞擊感度與引發(fā)鍵的最大鍵長(zhǎng)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)引發(fā)鍵的最大鍵長(zhǎng)可以用來(lái)判別其熱感度和撞擊感度，引發(fā)鍵(N—NO2)最大鍵長(zhǎng)越長(zhǎng)，感度越高[65]。

2.4 能量對(duì)感度的影響

對(duì)于含能材料來(lái)說(shuō)，能量越大通常感度越高，既然有這樣一種趨勢(shì)，就應(yīng)該有一種能量和感度的相關(guān)性。許多的研究表明，躍遷能、鍵離解能、活化能、內(nèi)聚能密度、張力能、原子化能/分子結(jié)構(gòu)能、能量遷移率和取代基的相互作用能等都與感度有一定的相關(guān)性。躍遷能、鍵離解能和活化能已經(jīng)在上面討論過(guò)。

內(nèi)聚能的定義為1mol 物質(zhì)克服分子間全部作用力時(shí)需要消耗的能量。單位體積的內(nèi)聚能即為內(nèi)聚能密度。袁林林等人研究了?-CL-20 六個(gè)表面內(nèi)聚能密度與感度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)內(nèi)聚能密度越小，其感度越大[66]。

張力能，包括環(huán)、網(wǎng)和籠張力能，是炸藥分子中鍵和非鍵耦合的一種能量形式，張力能越大，結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，同時(shí)張力能還可以用來(lái)度量炸藥的儲(chǔ)能水平。譚碧生等人比較了11 種典型炸藥撞擊感度與張力能之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)張力能越正，感度越高[67]。

原子化能(Ae)是分子中鍵離解能的總和，分子結(jié)構(gòu)能(E)是指分子的總能量，董光興等人對(duì)三硝基芳香族炸藥撞擊感度和分子的原子化能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)撞擊感度與原子化能(Ae)和分子結(jié)構(gòu)能(E)的比值有明顯的相關(guān)性[68]。

能量遷移率是指單位時(shí)間單位溫度下遷移的聲子的能量值，葛素紅等人對(duì)四種多硝基烷基炸藥撞擊感度和能量遷移率的關(guān)系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)于化學(xué)結(jié)構(gòu)相同或相似的化合物，實(shí)驗(yàn)撞擊感度和能量遷移率有很好的相關(guān)性，能量遷移率越大，撞擊感度越小[69]。

相互作用能是指系統(tǒng)相互作用前后的能量差，可以用來(lái)表征分子的穩(wěn)定性。張朝陽(yáng)研究了硝基苯和硝基苯胺類炸藥取代基相互作用能，分子穩(wěn)定性和撞擊感度的關(guān)系，指出相互作用能是評(píng)價(jià)硝基化合物撞擊感度的一種新工具[70]。

2.5 其他影響感度的因素

除此之外，人們還發(fā)現(xiàn)電性拓?fù)渲笖?shù)、摩爾活性指數(shù)、核化學(xué)位移、芳香性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)指數(shù)和氫轉(zhuǎn)移等都會(huì)影響含能材料的感度[71-77]。王睿等人采用逐步回歸對(duì)硝基苯類化合物的電性狀態(tài)和實(shí)驗(yàn)撞擊感度進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)撞擊感度和電性拓?fù)錉顟B(tài)指數(shù)有良好的相關(guān)關(guān)系[71]。黃琛鴻等人發(fā)現(xiàn)單質(zhì)炸藥的摩擦感度與摩爾活性指數(shù)有明顯的遞變趨勢(shì)，摩爾活性指數(shù)越大，炸藥的感度越低[72]。杜軍良等人研究了十一種芳香族炸藥撞擊感度和核化學(xué)位移(NICS)的關(guān)系，證明了二者有著很好的線性關(guān)系：H50=38.01-3.66ln[(NICS10)·E]。他們又對(duì)五種硝基苯胺炸藥的撞擊感度和芳香性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)芳香性越小，撞擊感度越小[73,74]。王棟等人利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究了CHON 炸藥撞擊感度和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，結(jié)果表明,活性指數(shù)、芳香性、氧平衡指數(shù)、電子能、氧原子數(shù)目等與撞擊感度有良好的相關(guān)關(guān)系[75]。舒遠(yuǎn)杰等人研究了芳香族硝基炸藥撞擊感度與芳香性的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)零點(diǎn)校正能與芳香性指標(biāo)的乘積可以作為撞擊感度的判別依據(jù)[76]。杜軍良等人引入主成分回歸對(duì)多硝基芳香族炸藥的撞擊感度和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)撞擊感度和6 個(gè)參數(shù)即氨基個(gè)數(shù)、硝基個(gè)數(shù)、最長(zhǎng)C-NO2鍵鍵長(zhǎng)、芳香性、T-CH 和HOMO 有著良好的相關(guān)關(guān)系[77]。張朝陽(yáng)等人對(duì)18 種硝基化合物的H 轉(zhuǎn)移反應(yīng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)可逆的H 轉(zhuǎn)移反應(yīng)通過(guò)化學(xué)能量吸附釋放可以緩沖外部刺激，從而降低炸藥的撞擊感度[78,79]。堵錫華,錢博文等人利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法研究硝基含能化合物撞擊感度與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，從而構(gòu)建了理想的預(yù)測(cè)撞擊感度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[80,81]。Sergey 等人基于第一性原理將撞擊感度定量化，其中設(shè)計(jì)到的物理量包括觸發(fā)壓力，每個(gè)原子的平均電子數(shù)，晶體形態(tài)，總能量和熔化溫度[82]。劉福生等人發(fā)現(xiàn)感度還與電子的有效質(zhì)量以及聲子振動(dòng)有關(guān)[83,84]。

3 結(jié)論

從分子層面上綜述了影響含能材料感度的因素，主要涉及到分子組成、電子結(jié)構(gòu)、熱解反應(yīng)和能量等方面。分子組成主要包括氧平衡、原子個(gè)數(shù)、硝基個(gè)數(shù)和氨基個(gè)數(shù)等方面，電子結(jié)構(gòu)主要涉及電子密度、基團(tuán)電荷、最大靜電勢(shì)、電負(fù)性、鍵級(jí)、躍遷能和帶隙等方面，熱解反應(yīng)中主要考慮了反應(yīng)速率常數(shù)、單位體積爆轟熱、引發(fā)鍵鍵長(zhǎng)、鍵離解能和活化能等，能量主要包括內(nèi)聚能密度、張力能、原子化能與分子結(jié)構(gòu)能的比值、能量遷移率和取代基的相互作用能等。最后分析了影響感度的其他因素，以期望為含能材料感度的進(jìn)一步定量的研究提供參考。