液相含能材料分子形變及功能團(tuán)旋轉(zhuǎn)的超快動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、 國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：O472.3 學(xué)校代碼：10213 國(guó)際圖書分類號(hào)：535 密級(jí)：公開 理學(xué)博士學(xué)位論文 理學(xué)博士學(xué)位論文 液相含能材料分子形變及功能團(tuán)旋轉(zhuǎn)的超快動(dòng)力學(xué)研究 博 士 研 究 生 ： 王暢 導(dǎo) 師 ： 楊延強(qiáng)教授 申 請(qǐng) 學(xué) 位 ： 理學(xué)博士 學(xué) 科 ： 物理學(xué) 所 在 單

2、 位 ： 理學(xué)院物理系 答 辯 日 期 ： 2017 年 3 月 授予學(xué)位單位 ： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 摘要 - I - 摘要 摘要 含能材料在國(guó)防軍事和經(jīng)濟(jì)建設(shè)等諸多領(lǐng)域都發(fā)揮著非常重要的作用。為了設(shè)計(jì)和制備具有特殊性能的含能材料并評(píng)估其安全性、可靠性，需要詳細(xì)了解其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程以及化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。盡管國(guó)內(nèi)外的研究人員在此方面進(jìn)行了大量的研究工作，但是對(duì)含能材料微觀反應(yīng)機(jī)制的認(rèn)識(shí)還很不統(tǒng)一。其原因是從原子分子層面對(duì)凝聚相含能材

3、料反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的理論模擬研究較多，而大部分實(shí)驗(yàn)工作還限制在氣相分子解離產(chǎn)物的探測(cè)或者宏觀爆轟過程的觀測(cè)與分析等方面，對(duì)凝聚相含能材料微觀機(jī)制反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究不足，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果無法相互支撐。 目前在實(shí)驗(yàn)研究方面缺乏對(duì)含能材料分子在外界能量作用下的分子形變、功能團(tuán)旋轉(zhuǎn)、分子內(nèi)振動(dòng)能量耦合的實(shí)驗(yàn)研究，而這些研究對(duì)于了解含能材料反應(yīng)的微觀機(jī)制起到至關(guān)重要的作用。本論文采用非共振強(qiáng)泵浦時(shí)-頻分辨寬帶相干反斯托克斯拉曼（CARS）光譜技術(shù)，研

4、究了強(qiáng)激光場(chǎng)條件下液相硝基苯和硝基甲烷兩種含能材料分子在電子基態(tài)上的分子動(dòng)力學(xué)過程。目的是獲得含能材料分子受振動(dòng)激發(fā)后在電子基態(tài)上的動(dòng)力學(xué)過程及相關(guān)參數(shù)，如分子形變以及振動(dòng)模式之間的耦合等超快動(dòng)力學(xué)過程， 分子發(fā)生形變的弛豫時(shí)間、 功能團(tuán)旋轉(zhuǎn)等物理參量，為構(gòu)建微觀分子反應(yīng)模型、預(yù)測(cè)反應(yīng)通道提供實(shí)驗(yàn)支持。 本論文給出了非共振強(qiáng)光驅(qū)動(dòng)分子準(zhǔn)直和形變的物理機(jī)制，設(shè)計(jì)了“強(qiáng)泵浦時(shí)-頻分辨寬帶 CARS 光譜”的技術(shù)方案，對(duì)液相硝基甲烷進(jìn)行了測(cè)試

5、性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)泵浦光能量高于一定值時(shí) CARS 光譜發(fā)生窄化，通過分析認(rèn)為強(qiáng)泵浦光引起了受激拉曼散射效應(yīng)，確定了受激拉曼散射的強(qiáng)度閾值。 基于上述理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果， 本論文利用強(qiáng)泵浦時(shí)-頻分辨寬帶 CARS 技術(shù)實(shí)時(shí)觀測(cè)到了液相硝基苯分子在飛秒強(qiáng)激光場(chǎng)作用下的初始動(dòng)力學(xué)過程。在 800-1200 cm-1 頻率范圍內(nèi)的 CARS 信號(hào)中觀測(cè)到了多個(gè)振動(dòng)模式同時(shí)被激發(fā)產(chǎn)生的耦合現(xiàn)象。在 1200-1500 cm-1 的頻率范圍內(nèi)觀測(cè)到了硝基苯

6、的 NO2 扭擺振動(dòng)和 NO2 對(duì)稱伸縮振動(dòng)的耦合。探測(cè)到了硝基苯分子中硝基 O-N-O 夾角的收縮及弛豫過程，弛豫時(shí)間為 265 fs。獲得液相硝基苯的 NO2 扭擺振動(dòng)頻率值為 40± 2 cm-1。根據(jù)形變及振動(dòng)能量轉(zhuǎn)移分析， 在非共振激光強(qiáng)場(chǎng)條件下， 當(dāng)激光強(qiáng)度增大至反應(yīng)閾值時(shí)，液相硝基苯分子可能發(fā)生的的初始反應(yīng)是 C-N 鍵的斷裂。 本論文分別采用飛秒脈沖和皮秒脈沖作為強(qiáng)泵浦時(shí)-頻分辨寬帶 CARS 實(shí)驗(yàn)中的探測(cè)光，