新型MBNx(M=Li,Na,K;x=2-5)含能材料的高压合成及其机械感度研究

The design and synthesis of new energetic material play an important role in energy, national defense and aerospace. Taking MBNx(M= Li,Na,K; x=2-5) as prototypes, this project focuses on the exploration of crystal structures, mechanical and electronic properties under high pressure by using first-principles method. We will next explore the relationship between the physical features of material and its mechanical sensitivity by machine learning. The goal is to find some universal laws of designing new high energy density and low sensitivity materials. (1) We aim at the exploration of new stable structures of MBNx by using CALYPSO method. (2) Investigations on the elastic constants, bulk modulus, charge transfer, density of state and other properties. Analysis the chemical bonding nature, the electron-phonon coupling behavior and the decomposition mechanism. (3) Finding the actuating mechanisms of sensitivity and describing it in terms of a set of physically meaningful parameters (ionic potential, binding energy, bulk modulus, energy gap, etc). The project is expected to promote the development of quantifying mechanical sensitivity by theory. Our calculations provide important theoretical basis for experimentally synthesizing potential high energy and low sensitive materials.

新型含能材料的设计与合成对我国能源、国防、航空航天等领域起到重要作用。本项目拟选取MBNx(M=Li,Na,K;x=2-5)为研究目标，利用第一性原理方法系统地研究高压下材料的晶体结构、力学性质和电子性质等，进一步使用机器学习（Machine Learning）探索材料结构和性质同机械感度的关联性，获得设计新型高能量密度、低感度含能材料的普适规律。（1）在不同压力条件下，通过CALYPSO软件预测MBNx的晶体结构，获得材料最稳定结构存在范围。（2）研究材料的体弹模量、弹性常数等力学性质；电子转移、态密度等电子性质；分析成键、电声耦合行为以及分子解离机制。（3）通过机器学习方法，分析材料特征物理参量（离子势、结合能、体弹模量和带隙等）和感度的定量关系。本项目有望推动理论量化机械感度的发展，为实验合成高能量密度和低感度的含能材料提供理论基础。

新型含能材料的设计与合成对我国能源、国防、航空航天等领域起到重要作用，寻找新型高能材料一直是科研工作者的研究热点。本项目选取LiBN2作为研究目标，使用第一性原理方法系统探究其在高压下的晶格结构、力学性质和电子性质等高压行为，探索其成为新型高能密度材料的可能。.1..在0GPa，我们发现具有四方结构的LiBN2最为稳定，其空间群为P421m,在50GPa，我们发现具有正交结构的Pnma对称性的LiBN2最为稳定。.2..通过基于密度泛函理论的赝势平面波方法，对所有结构以及可能的分解产物进行结构优化，得出能量与压力的关系曲线，确定了Pnma结构在22GPa可以使用Li3N，BN和N2来合成。.3..电子能带结构表明具有Pnma结构的LiBN2是具有2.3eV带隙的非金属。.4..通过计算弹性模量，结果表明LiBN2是在常压下是力学稳定并具有较高的体弹模量和剪切模量。.5..通过计算理想强度得出Pnma结构的LiBN2的分解机制。.6..通过晶格动力学计算得出的声子谱线，表明以上我们所预测结构在常压下动力学稳定，如果高压合成LiBN2，可以保留在常压状态。计算得出LiBN2在常压下分解成Li3N，BN和N2时会释放1.23 kJ/g的能量，和现代常用炸药TATB，RDX等十分接近，表明LiBN2是一种潜在的高能密度材料。.此研究为在三元体系中设计和合成新型高能密度材料提供新的思路。