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Erschienen in: Journal of Materials Science 9/2019

21.01.2019 | Computation and theory

Reactive molecular dynamics simulation of thermal decomposition for nano-AlH3/TNT and nano-AlH3/CL-20 composites

verfasst von: Zheng Mei, Cui-Fang Li, Feng-Qi Zhao, Si-Yu Xu, Xue-Hai Ju

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 9/2019

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Abstract

Using reactive molecular dynamics method with the reactive force field framework, the thermal decomposition of nano-AlH3/TNT and nano-AlH3/CL-20 composites was investigated to develop new high explosives. The binding energies and relaxed densities of the composites show that the compatibility of TNT/AlH3 is better than CL-20/AlH3, which is confirmed by the DFT calculations. The pyrolysis simulations showed that the potential barrier of TNT/AlH3 (1.14 kJ g−1) and CL-20/AlH3 (0.72 kJ g−1) are smaller than pure TNT (1.99 kJ g−1) and pure CL-20 (1.01 kJ g−1), respectively. This indicates the catalytic effect of AlH3 nanoparticle on the decomposition of TNT and CL-20. The catalytic effect was confirmed by the DFT calculations of the R–NO2 rupture of TNT and CL-20 molecules on AlH3 surfaces. The slower heating rate (rh) of 16 K ps−1 led to similar evolution results as rh = 32 K ps−1, which implies that the dependence of the simulation results on the heating rate is small. Moreover, TNT/AlH3 and CL-20/AlH3 release 1.07 and 1.97 kJ g−1 more energies and generate 33.8% and 14.0% more total gas products than pure TNT and CL-20, respectively. Therefore, AlH3 nanoparticles can improve the detonation performance and specific impulse for TNT and CL-20. These are in accord with the effect of AlH3 on nitromethane and ammonium perchlorate/hydroxyl-terminated polybutadiene propellants in the experiments. As a result, the nano-AlH3/TNT and nano-AlH3/CL-20 composites can be promising candidates of new high explosives.

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Literatur
9.
Zurück zum Zitat Chang Y, Zhang Q (2012) Explosion energy prediction of aluminized explosive. Energ Mater 20:770–774 Chang Y, Zhang Q (2012) Explosion energy prediction of aluminized explosive. Energ Mater 20:770–774
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Zurück zum Zitat Chenoweth K, van Duin ACT, Persson P, Cheng MJ, Oxgaard J, Goddard WA (2008) Development and application of a ReaxFF reactive force field for oxidative dehydrogenation on vanadium oxide catalysts. J Phys Chem C 112:14645–14654. https://doi.org/10.1021/jp802134x CrossRef Chenoweth K, van Duin ACT, Persson P, Cheng MJ, Oxgaard J, Goddard WA (2008) Development and application of a ReaxFF reactive force field for oxidative dehydrogenation on vanadium oxide catalysts. J Phys Chem C 112:14645–14654. https://​doi.​org/​10.​1021/​jp802134x CrossRef
18.
19.
Metadaten
Titel
Reactive molecular dynamics simulation of thermal decomposition for nano-AlH3/TNT and nano-AlH3/CL-20 composites
verfasst von
Zheng Mei
Cui-Fang Li
Feng-Qi Zhao
Si-Yu Xu
Xue-Hai Ju
Publikationsdatum
21.01.2019
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 9/2019
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-019-03364-4

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