HMX/DNAN熔铸炸药体系高温热解机理的反应分子动力学研究：DNAN对HMX热分解的协同作用机制

为解决熔铸炸药在高温环境下热分解机制不明的问题，研究人员采用反应分子动力学（ReaxFF）模拟了HMX/DNAN体系在2000 K–3500 K的热解过程。研究发现DNAN分解产生的H原子、硝基及OH自由基显著促进HMX裂解，并降低其热刺激敏感性。该研究为HMX/DNAN炸药的安全应用提供了理论依据，成果发表于《Journal of Molecular Graphics and Modelling》。

　　

在军事和民用爆破领域，熔铸炸药因其优异的成型性能和成本效益被广泛应用，但其在高温环境下的热稳定性问题始终是安全隐患。以奥克托今（HMX）为代表的高能炸药与载体2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）组成的熔铸体系，虽能平衡能量与安全性，但两者在高温下的相互作用机制长期未明。这一问题直接关系到炸药生产、运输及储存过程中的事故预防。

山西某研究团队通过反应分子动力学（Reactive Molecular Dynamics, ReaxFF）模拟，首次揭示了HMX/DNAN体系在2000 K–3500 K极端温度下的热解协同机制。研究发现，DNAN分解产生的H原子和硝基会攻击HMX分子，而亚硝酸（HNO₂
）裂解产生的OH自由基进一步诱导HMX断键。计算表明DNAN使HMX的活化能降低，证实其提高了HMX对热刺激的敏感性。产物分析显示DNAN显著影响HMX最终产物H₂
O的生成量，但对CO₂
影响较小。该成果为设计新型安全熔铸炸药提供了分子层面的理论支撑，论文发表于《Journal of Molecular Graphics and Modelling》。

研究采用ReaxFF力场模拟技术，构建了HMX单组分及HMX/DNAN混合体系模型，通过分析势能变化、化学键断裂时序和原子簇演化规律，结合阿伦尼乌斯方程计算动力学参数。所有模拟均在LAMMPS软件平台完成，温度梯度设置为2000 K至3500 K的7个区间。

Potential energy and species number
势能曲线表明，混合体系达到平衡的时间比纯HMX缩短50%以上，证实DNAN加速了热解进程。物种数量分析显示，DNAN分解初期产生的NO₂
和H自由基与HMX的中间体发生二次反应，形成链式促进效应。

Conclusion
研究得出三点核心结论：其一，DNAN通过提供活性自由基（H/OH）使HMX的N-N键断裂能降低12%-18%；其二，温度超过2500 K时，混合体系的碳簇数量随温度升高呈下降趋势；其三，DNAN对HMX热解产物具有选择性调控作用，H₂
O产率提升而CO₂
保持稳定。

该研究不仅阐明了HMX/DNAN的协同热解路径，更建立了熔铸炸药组分设计的能量-敏感性调控准则。作者Tianhao Li等指出，未来可通过引入自由基捕获剂来抑制DNAN的敏化作用，这为开发新一代低易损性炸药指明了方向。研究数据已通过山西省政府基础研究计划（20210302123055）支持公开。