劉　博，王煊軍，卜曉宇，姚　旭

(第二炮兵工程大學(xué)，西安　710025)

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硝仿肼結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的計(jì)算研究

劉博，王煊軍，卜曉宇，姚旭

(第二炮兵工程大學(xué)，西安710025)

為了研究硝仿肼(HNF)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，采用密度泛函理論，在優(yōu)化HNF晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，計(jì)算了HNF的電子結(jié)構(gòu)、彈性性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明，HNF的能隙為1.818 eV；HNF態(tài)密度價(jià)帶部分由各原子軌道共同組成，導(dǎo)帶部分由N-2p和O-2p軌道雜化組成；HNF離子基團(tuán)內(nèi)各原子間均以共價(jià)鍵互相作用，離子基團(tuán)間通過強(qiáng)離子鍵相互作用，N—O共價(jià)鍵表現(xiàn)出較強(qiáng)的極性。HNF的彈性常數(shù)滿足單斜晶系穩(wěn)定性條件，采用Voigt-Reuss-Hill方法計(jì)算得到了體彈模量、剪切模量和楊氏模量；利用能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度分析了HNF的介電函數(shù)，折射率，吸收和反射光譜等光學(xué)性質(zhì)，其中靜態(tài)介電常數(shù)ε1(0)=2.14，靜態(tài)折射率n0=1.46，消光系數(shù)隨能量的變化與吸收光譜相符，吸收光譜在能量為4.42 eV時(shí)，有最大吸收峰值5.26×104cm-1，在能量為4.99 eV時(shí)，反射率有最大值0.153。

硝仿肼；第一性原理；電子結(jié)構(gòu)；彈性性質(zhì)；光學(xué)性質(zhì)

0　引言

硝仿肼(Hydrazinium nitroformate，HNF)是一種高能氧化劑，通常由弱堿肼和弱酸三硝基甲苯反應(yīng)制備，HNF分子中不含氯元素，燃燒時(shí)不釋放鹵化氫。因此，分解產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量小，對(duì)環(huán)境污染小，具有環(huán)境友好等特點(diǎn)，是高能、潔凈、低特征信號(hào)的理想氧化劑之一[1-3]。但由于HNF存在感度高、穩(wěn)定性能差等問題[4-5]，目前針對(duì)HNF的研究仍主要集中于晶體合成制備和熱解性能[6-8]，汪惠英等[9]采用異丙醇硝化法合成出硝仿，并用85%水合肼代替肼與硝仿反應(yīng)合成了HNF。Dragomir等[10]采用紅外和質(zhì)譜研究了固相和氣相條件下的HNF熱分解過程。但上述研究很少涉及HNF性質(zhì)的理論研究。

居學(xué)海等[11]采用密度泛函理論方法，從理論角度研究了硝仿肼離子對(duì)體系的穩(wěn)定構(gòu)型和結(jié)合能，探討了離子間距對(duì)結(jié)合能的影響。Kiselev等[12]采用Gaussian 03軟件，在B3LYP/6-311G(d，p)水平上研究了HNF在不同條件下熱分解的可能路徑。李猛等[13]采用最小自由能原理分析，計(jì)算了HNF逐步取代AP后的能量特性參數(shù)和排氣產(chǎn)物含量。上述研究雖采用理論方法對(duì)HNF進(jìn)行計(jì)算，但并未深入探討HNF的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。目前，基于密度泛函理論的第一性原理方法已廣泛用于研究高能晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)[14-15]。但HNF作為一種新型的高能離子晶體，對(duì)其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)尚無理論的研究結(jié)果。

本文采用基于第一性原理的贗勢(shì)平面波方法，對(duì)HNF進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算HNF的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。這有助于深入理解HNF的各種物理性質(zhì)，為研究HNF的性能及其應(yīng)用提供參考。

1　理論模型與計(jì)算方法

1.1理論模型

HNF屬于單斜晶系[16]，空間群為P2(1)/n，分子以N2H5+陽離子和C(NO2)3-陰離子存在，且一個(gè)晶胞內(nèi)含有8分子的HNF結(jié)構(gòu)單元，包含136個(gè)原子。晶胞長度分別為a=8.001 2 ?，b=11.872 6 ?，c=14.097 9 ?，晶胞角度為α=γ=90°，β=104.441°。HNF分子間和分子內(nèi)存在大量的氫鍵(N—H…O)，所有硝基上的O原子都作為氫鍵受體，晶體結(jié)構(gòu)和分子模型如圖1所示。

1.2計(jì)算方法

采用CASTEP軟件完成第一性原理計(jì)算[17]。運(yùn)用DFT方法和平面波基組對(duì)HNF晶體周期性計(jì)算，其中離子和電子的相互作用采用超軟贗勢(shì)(Ultrasoft Pseudopotential)方法描述，通過密度混合方法(Density Mixing)獲取電子波函數(shù)。采用BFGS方法(Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)，對(duì)晶體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。晶體中各原子的價(jià)電子組態(tài)為H-1s1，C-2s22p2，N-2s22p3，O-2s22p4。計(jì)算過程中，原子最大位移變化0.001 ?，原子間最大相互作用力為0.03 eV/?，最大應(yīng)力為0.05 GPa，原子最大能量變化為1.0×10-5eV/atom。其中，平面波基組截?cái)嗄転? 240 eV，自洽場(chǎng)(SCF)收斂精度為5.0×10-7eV/atom，布里淵區(qū)積分計(jì)算采Monkhorst-Pack方案，k點(diǎn)網(wǎng)格為2×2×1。由于HNF含136個(gè)原子，原子數(shù)量多，計(jì)算量大，為了確保計(jì)算結(jié)果可靠，通過收斂性測(cè)試，采用增加截?cái)嗄芎头e分網(wǎng)格數(shù)的方法，保證了單個(gè)原子的最大能量變化為0.001 eV。

(a)晶體結(jié)構(gòu)

(b)分子模型

2　結(jié)果與討論

2.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化

由于HNF分子間和分子內(nèi)存在大量的氫鍵(N—H…O)，為了更好地描述這種靜電主導(dǎo)的弱相互作用，分別采用LDA/CA-PZ，GGA/PBE和對(duì)應(yīng)的色散校正(DFT-D)交換泛函進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算，并與Joo等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[16]進(jìn)行對(duì)比，具體結(jié)果參見表1。由表1可見，采用LDA交換泛函計(jì)算的晶胞參數(shù)比實(shí)驗(yàn)值小，而GGA交換泛函計(jì)算的晶胞參數(shù)比實(shí)驗(yàn)值大。采用DFT-D校正后，兩種方法的計(jì)算值與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)誤差均有明顯降低。其中，GGA/PBE-Grimme交換關(guān)聯(lián)函數(shù)優(yōu)化的晶胞常數(shù)更接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最大相對(duì)誤差僅為1.25%。

表2列出了HNF中主要鍵角和鍵長的實(shí)驗(yàn)值、計(jì)算值，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)二者較為接近，最大相對(duì)誤差為1.12%，進(jìn)一步說明選用的參數(shù)和方法是合理的。在后續(xù)HNF結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的計(jì)算中，均采用GGA/PBE-Grimme交換關(guān)聯(lián)函數(shù)。

2.2電子結(jié)構(gòu)

2.2.1能帶譜圖

HNF在能量范圍-25.5～2.5 eV中沿布里淵區(qū)高對(duì)稱方向的能帶結(jié)構(gòu)，如圖2所示。其中，能量為0 eV的紅色實(shí)線代表費(fèi)米能級(jí)。圖中導(dǎo)帶和價(jià)帶共有292條，導(dǎo)帶能級(jí)有12條，主要位于1.905～2.314 eV；價(jià)帶能級(jí)有280條，主要由6個(gè)子價(jià)帶區(qū)組成，分別為-25.25～-24.05 eV(24條)，-20.67～-19.23 eV(32條)，-16.51～-16.30 eV(8條)，-14.25～-12.34 eV(24條)，-9.02～-4.73 eV(104條)，-2.74～0 eV(88條)。從圖2中可看出，不同高對(duì)稱k點(diǎn)方向上，導(dǎo)帶和價(jià)帶部分分別存在交疊，說明HNF中存在一定的相互作用，符合離子晶體的特點(diǎn)。表3為布里淵區(qū)價(jià)帶頂Ev和導(dǎo)帶底Ec的特征能量值。由表3可知，價(jià)帶部分最大特征值0 eV位于D點(diǎn)，導(dǎo)帶部分最小特征值1.905 eV仍位于D點(diǎn)，即說明HNF為直接帶隙材料，能帶帶隙為1.905 eV。

表1　HNF晶胞常數(shù)的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值

表2　HNF鍵角和鍵長的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值

表3　HNF的高對(duì)稱k點(diǎn)在價(jià)帶頂Ev和導(dǎo)帶底Ec的特征能量值

2.2.2態(tài)密度

HNF的總態(tài)密度(TDOS)和各原子的分波態(tài)密度(PDOS)的計(jì)算結(jié)果見圖3。其中，s和p表示對(duì)應(yīng)原子軌道的態(tài)密度，費(fèi)米能級(jí)由能量值為0 eV的垂直虛線表示。由于態(tài)密度的展寬效應(yīng)，在費(fèi)米能級(jí)處HNF的態(tài)密度值約為26.33 eV。價(jià)帶部分，-26.02～-23.11 eV范圍內(nèi)有2個(gè)態(tài)密度分布峰，分別位于-25.17和-24.42 eV，其密度貢獻(xiàn)主要來源于O-2s和N-2s軌道；-21.59～-18.35 eV范圍內(nèi)主要有一個(gè)態(tài)密度分布峰，位于-19.77 eV，主要是由O-2s和N-2s軌道組成；-17.41～-15.38 eV范圍內(nèi)有一個(gè)態(tài)密度分布峰，位于-16.39 eV，貢獻(xiàn)主要來源于C-2s和N-2p軌道；-15.16～-11.41 eV內(nèi)分布著兩個(gè)態(tài)密度峰，分別位于-14.05 eV和-12.73 eV，前者由H-1s和N-2s軌道組成，后者由C-2p，N-2p和O-2s軌道共同雜化組成；-9.94～-3.61 eV范圍內(nèi)出現(xiàn)了3個(gè)連續(xù)的態(tài)密度分布峰，分別位于-7.77 eV，-6.57和-4.88 eV處，由各元素軌道共同構(gòu)成；-3.59～0 eV范圍內(nèi)有一個(gè)態(tài)密度分布峰，位于-1.31 eV，主要由O-2p軌道組成。導(dǎo)帶部分，存在一個(gè)態(tài)密度分布峰，位于2.16 eV，由N-2p和O-2p軌道雜化組成。

圖2　HNF晶體能帶結(jié)構(gòu)

HNF內(nèi)各原子軌道對(duì)價(jià)帶態(tài)密度均有貢獻(xiàn)，且態(tài)密度局域化明顯。其中，O原子和N原子對(duì)態(tài)密度貢獻(xiàn)最大，可推測(cè)二者在晶體中具有較高的活性。HNF各原子在態(tài)密度峰形中存在較多重疊，說明HNF原子間存在軌道雜化，形成了較強(qiáng)的化學(xué)鍵。

圖3　HNF晶體的總態(tài)密度和分波態(tài)密度

2.2.3電荷密度

圖4為HNF的電荷密度圖和差分電荷密度圖。從圖中可明顯看出，HNF屬于典型離子晶體，各原子以N2H5+陽離子和C(NO2)3-陰離子的基團(tuán)結(jié)合，基團(tuán)間通過強(qiáng)離子鍵相互作用，電子云幾乎沒有重疊。電荷密度越大，說明電荷越集中。圖4(a)中，電荷主要集中在N原子和O原子；圖4(b)中，差分電荷密度越大，表明電荷轉(zhuǎn)移越多，成鍵極性越強(qiáng)，說明HNF化學(xué)鍵作用較強(qiáng)，原子之間相互作用強(qiáng)烈。

沿主要原子成鍵方向分別作出N2H5+和C(NO2)3-基團(tuán)的電荷密度圖和差分電荷密度圖，如圖5和圖6所示。

(a)HNF晶體電荷密度圖

(b)HNF晶體差分電荷密度圖

(a)C(NO2)3-基團(tuán)電荷密度圖

(b)C(NO2)3-基團(tuán)差分電荷密度圖

(a)N2H5+基團(tuán)電荷密度圖

(b)N2H5+基團(tuán)差分電荷密度圖

由圖5(a)和圖6(a)可看出，基團(tuán)內(nèi)電子云相互重疊，原子間存在共用電子，基團(tuán)內(nèi)各原子間均以共價(jià)鍵互相作用，且電荷分布具有方向性，N2H5+基團(tuán)的電荷主要集中在N原子，N原子得到電子帶負(fù)電，H原子失去電子帶正電。而C(NO2)3-基團(tuán)的電荷主要集中在O原子，N原子和C原子失去電子帶正電，O原子得到電子帶負(fù)電；由圖5(b)和圖6(b)可看出，基團(tuán)內(nèi)成鍵原子間均存在明顯的電荷積累，說明成鍵原子間均存在共用電荷。其中，C(NO2)3-基團(tuán)內(nèi)O原子差分電荷密度的絕對(duì)值較大，說明電荷移動(dòng)較多，N—O共價(jià)鍵的極性較強(qiáng)。

2.3彈性性質(zhì)

材料的彈性性質(zhì)與其熱力學(xué)性質(zhì)和機(jī)械性質(zhì)密切相關(guān)，是表征材料性能的重要指標(biāo)，通常用彈性常數(shù)表示。通過能量和應(yīng)變的關(guān)系可計(jì)算得到彈性常數(shù)Cij，它是反映材料在外場(chǎng)作用下如何響應(yīng)的宏觀力學(xué)常量，可表征材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)穩(wěn)定性和化學(xué)鍵的作用。HNF屬于單斜晶系，由于晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，HNF獨(dú)立的彈性常數(shù)為13個(gè)，如式(1)所示。在此基礎(chǔ)上，采用Voigt-Reuss-Hill方法[18]，進(jìn)一步計(jì)算得到體彈模量BH、剪切模量GH和楊氏模量E，計(jì)算結(jié)果見表4。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

式(2)～ 式(8)為單斜晶系的彈性穩(wěn)定性判斷準(zhǔn)則[19]，通過計(jì)算可知，HNF的彈性常數(shù)Cij滿足上述穩(wěn)定性條件，表明在零壓條件下HNF晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。根據(jù)材料的B/G值可判斷材料的延展性和脆性，數(shù)值越大表明材料的延展性越好，反之則說明脆性越好，區(qū)分閾值為1.75[20]。計(jì)算得到B/G為1.11，說明HNF屬于脆性材料。

2.4光學(xué)性質(zhì)

2.4.1介電常數(shù)

介電函數(shù)是連接固體材料微觀電子結(jié)構(gòu)和宏觀光學(xué)性質(zhì)的橋梁，在線性響應(yīng)的范圍內(nèi)，介電函數(shù)可用ε(ω)=ε1(ω)+iε2(ω)來描述。其中，ε1和ε2分別表示介電函數(shù)的實(shí)部和虛部，ω為電磁波頻率[21]。

HNF介電函數(shù)的實(shí)部ε1和虛部ε2如圖7所示，計(jì)算得到靜態(tài)介電常數(shù)ε1(0)=2.22。由圖7可知，當(dāng)能量為1.80 eV時(shí)，實(shí)部ε1為最大值2.60，能量為4.92 eV時(shí)，實(shí)部ε1達(dá)到最小值0.077。在入射光能量為0～30 eV的范圍內(nèi)，虛部ε2出現(xiàn)了3個(gè)介電峰：E1、E2、E3，其能量分別為3.39、8.95、14.79 eV，虛部ε2的第一峰值E1主要是由高價(jià)帶到低導(dǎo)帶的電子躍遷產(chǎn)生。結(jié)合上文態(tài)密度分析可知，躍遷主要源于O-2p軌道電子。后續(xù)的兩個(gè)峰值E2和E3則依次由深層至淺層的價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶所形成。

2.4.2復(fù)折射率

根據(jù)介電函數(shù)，通過公式ε1=n2-k2，ε2=2nk可求得折射率n和消光系數(shù)k，結(jié)果如圖8所示。其中，靜態(tài)折射率n0=1.49。當(dāng)能量為1.97 eV時(shí)，n取最大值1.63，隨著能量增加折射率減小，當(dāng)能量為5.41 eV時(shí)，n達(dá)到最小值0.54，之后隨著能量的繼續(xù)增大，n逐漸趨于1。消光系數(shù)k在整個(gè)能量范圍內(nèi)共有3個(gè)峰值，能量為4.04 eV時(shí)，達(dá)到最大值0.77，隨著能量繼續(xù)增加，逐漸趨于0。

圖7　HNF晶體的介電函數(shù)

2.4.3吸收和反射光譜

HNF的吸收光譜如圖9所示。在整個(gè)頻率范圍內(nèi)存在3個(gè)吸收峰，與上文消光系數(shù)峰值能量基本對(duì)應(yīng)，在能量為4.42 eV時(shí)，有最大吸收峰值5.26×104cm-1，能量為9.17、14.87 eV的2個(gè)吸收峰值分別為1.55×104cm-1和1.58×104cm-1，譜圖呈現(xiàn)一系列明顯的吸收窄帶，且吸收系數(shù)很高，說明HNF具有較強(qiáng)的離子性。

HNF的反射率可由折射率通過式R(ω)=[(n-1)2+k2]/[(n+1)2+k2]求得，計(jì)算結(jié)果如圖10所示。由圖10可知，存在一個(gè)峰值，位于4.99 eV處，反射率最大為0.153。

圖8　HNF晶體的復(fù)折射率

圖9　HNF晶體的吸收系數(shù)

圖10　HNF晶體的反射率

3　結(jié)論

利用基于密度泛函理論的第一性原理方法，采用GGA/PBE-Grimme交換關(guān)聯(lián)函數(shù)，對(duì)HNF晶體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，計(jì)算了HNF晶體的電子結(jié)構(gòu)、彈性性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)，計(jì)算結(jié)果表明：

(1)HNF晶體的能隙值為1.818 eV，其中導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂均位于布里淵區(qū)D點(diǎn)；HNF態(tài)密度價(jià)帶部分由各原子軌道共同組成，導(dǎo)帶部分N-2p和O-2p軌道雜化組成，且態(tài)密度局域化明顯。其中，O原子和N原子對(duì)態(tài)密度貢獻(xiàn)最大，在晶體中具有較高的活性，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的局域化特征；HNF各離子基團(tuán)各原子間均以共價(jià)鍵互相作用，基團(tuán)間通過強(qiáng)離子鍵相互作用，N—O共價(jià)鍵表現(xiàn)出較強(qiáng)的極性。

(2)HNF的彈性常數(shù)滿足單斜晶系穩(wěn)定性條件，采用Voigt-Reuss-Hill方法得到體彈模量BH、剪切模量GH和楊氏模量E，其中B/G為1.11，說明HNF屬于脆性材料。

(3)光學(xué)性質(zhì)中靜態(tài)介電常數(shù)ε1(0)=2.22，靜態(tài)折射率n0=1.49，消光系數(shù)隨能量的變化與吸收光譜相符，吸收光譜在能量為4.42 eV時(shí)，有最大吸收峰值5.26×104cm-1，反射率在能量為4.99 eV時(shí)，最大值為0.153。

致謝：感謝項(xiàng)目合作單位國家超級(jí)計(jì)算深圳中心提供的計(jì)算支持。

[1]Dendage P S,Sarwade D B,Asthana S N,et al.Hydrazinium nitroformate (HNF) and HNF based propellants: a review[J].Journal of Energetic Materials,2001,19(1): 41-78.

[2]Sch-ograve H F R,yer,Welland-Veltman W H M,et al.Overview of the development of hydrazinium nitroformate[J].Journal of Propulsion and Power,2002,18(1): 131-137.

[3]Athar J,Ghosh M,Dendage P S,et al.Nanocomposites: an ideal coating material to reduce the sensitivity of hydrazinium nitroformate (HNF)[J].Propellants,Explosives,Pyrotechnics,2010,35(2): 153-158.

[4]詹發(fā)祿,宋明綱,許艷波,等.國外硝仿肼研究新進(jìn)展[J].火炸藥學(xué)報(bào),2008,31(5):70-78.

[5]馬英華,馬會(huì)強(qiáng),李俊賢,等.高能氧化劑硝仿肼研究最新進(jìn)展[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料,2010,8(4):5-7.

[6]Williams G K,Brill T B.Thermal decomposition of energetic materials 67.Hydrazinium nitroformate (HNF) rates and pathways under combustion like conditions[J].Combustion and Flame,1995,102(3): 418-426.

[7]Courthéoux L,Amariei D,Rossignol S,et al.Thermal and catalytic decomposition of HNF and HAN liquid ionic as propellants[J].Applied Catalysis B: Environmental,2006,62(3): 217-225.

[8]Tummers M J,Van der Heijden A E D M,Van Veen E H.Selection of burning rate modifiers for hydrazinium nitroformate[J].Combustion and Flame,2012,159(2): 882-886.

[9]汪惠英,文亮,楊紅偉,等.硝仿肼的合成工藝與晶體結(jié)構(gòu)[J].火炸藥學(xué)報(bào),2013,36(6):43-46.

[10]Dragomir O E,Tummers M J,Van Veen E H,et al.Condensed phase decomposition and gas phase combustion of hydrazinium nitroformate[J].Combustion and Flame,2009,156(9): 1810-1817.

[11]居學(xué)海,肖繼軍,肖鶴鳴.硝仿肼離子對(duì)相互作用的密度泛函理論研究[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào),2003,24(6):1067-1071.

[12]Kiselev V G,Gritsan N P.Theoretical study of the primary processes in the thermal decomposition of hydrazinium nitroformate[J].The Journal of Physical Chemistry A,2009,113(41): 11067-11074.

[13]李猛,趙鳳起,徐司雨,等.含不同氧化劑的復(fù)合推進(jìn)劑能量及特征信號(hào)研究[J].推進(jìn)技術(shù),2013,34(8):1134-1138.

[14]Hunter S,Coster P L,Davidson A J,et al.High-pressure experimental and DFT-D structural studies of the energetic material fOX-7[J].The Journal of Physical Chemistry C,2015,119(5): 2322-2334.

[15]劉博,王煊軍,卜曉宇.高氯酸銨電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究[J].火炸藥學(xué)報(bào),2014,37(4):64-69.

[16]Joo Y H,Min B S.Denitration of hydrazinium nitroformate to form hydrazinium dinitromethanide[J].New Journal of Chemistry,2014,38(1): 50-54.

[17]Segall M D,Lindan P J D,Probert M J,et al.First-principles simulation: ideas,illustrations and the CASTEP code[J].Journal of Physics: Condensed Matter,2002,14(11): 2717-2744.

[18]Hill R.The elastic behavior of a crystalline aggregate[J].Proceedings of the Physical Society.Section A,1952,65(5): 349-354.

[19]Pugh S F.The London,Edinburgh,and Dublin philosophical magazine and journal of science: series 7[J].Philos.Mag.,1954,45: 823.

[20]Li C,Wang Z,Wang C.First-principles study of the structural,elastic,electronic and optical properties of the monoclinic BiScO3[J].Physica B: Condensed Matter,2011,406(10): 2028-2032.

[21]Kittel C.固體物理導(dǎo)論[M].項(xiàng)金鐘,吳興惠,譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:270-297.

(編輯：薛永利)

Computational study on the structures and properties of hydrazinium nitroformate

LIU Bo，WANG Xuan-jun，BU Xiao-yu，YAO Xu

(Xi’an Hi-Tech Institute，Xi’an710025，China)

To investigate the structural and properties of hydrazinium nitroformate(HNF),structural parameters as well as electronic,elastic and optical properties of HNF were calculated using plane-wave ultrasoft pseudopotential method based on the first-principles density-functional theory(DFT).The calculated lattice parameters of HNF at the ground state are in good agreement with the available experimental data.Results show that HNF has a direct band gap of 1.818eV.The conduction bands of HNF are mainly composed of N-2pstates and O-2pstates,and that the valence bands are composed of all atomic orbitals.The obtained total charge density and charge density difference show that the atoms interact in the form of covalent bond within ionic groups, strong ionic bonds interact between ionic groups.The covalent bond of N—O shows strong polarity.The calculated elastic constants of HNF satisfy elastic stability criteria of monoclinic system.The bulk modulus,shear modulus, and Young’s modulus are estimated by Voigt-Reuss-Hill approach.Finally,dielectric function,complex refractive index,absorption coefficients and reflectivity of HNF were analyzed.The static dielectric functionε1(0) is 2.14,and the static reflectivityn0is 1.46.The maximum absorption coefficient is 5.26×104cm-1corresponding to peak energy 4.42 eV,and the maximum reflectivity is 0.153 corresponding to peak energy 4.99 eV.

hydrazinium nitroformate；first principles；electronic structure；elastic constants；optical properties

2015-11-19；

2015-12-22。

劉博(1989—)，男，博士生，研究方向?yàn)楹懿牧系睦碚撚?jì)算。E-mail：liubo603@163.com

V512

A

1006-2793(2016)02-0213-07

10.7673/j.issn.1006-2793.2016.02.011