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物理学报 2002年第6期51卷 1221-1226页

作者：张继成王红艳唐永建朱正和吴卫东中国工程物理研究院绵阳621900 四川大学原子分子物理研究所成都610065

用HF ,MP2 及BLYP从头算方法 ,在 6— 31G 基组水平上 ,优化了聚苯乙烯单体基态的平衡几何构型 .主要用BLYP 6— 31 方法研究了氘、氚代聚苯乙烯单体 (DPS ,PST)的正则振动频率、红外光谱强度、C—D键键能 ,并对正则振动模式进行了简... 详细信息

用HF ,MP2 及BLYP从头算方法 ,在 6— 31G 基组水平上 ,优化了聚苯乙烯单体基态的平衡几何构型 .主要用BLYP 6— 31 方法研究了氘、氚代聚苯乙烯单体 (DPS ,PST)的正则振动频率、红外光谱强度、C—D键键能 ,并对正则振动模式进行了简单分析 ,同时研究了DPS ,PST单体中温度、压强与熵的关系 .

关键词：氚代聚苯乙烯 ab initio 平衡几何构型正则振动频率红外光谱强度键能聚苯乙烯单体基态惯性约束核聚变 ICF 氘代聚苯乙烯

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氘、氚代聚苯乙烯分子动力学研究

氘、氚代聚苯乙烯分子动力学研究

引用

作者：张继成中国工程物理研究院北京研究生部

学位级别：硕士

本文由两部分组成：第一部分应用量子化学的从头算ab initio方法，从理论上研究了聚苯乙烯（PS）及其同位素取代物一氘代聚苯乙烯（DPS）和氚代聚苯乙烯（TPS）单体的平衡几何构型，红外光谱强度，氘、氚代聚苯乙烯（DPS，TPS）单体中... 详细信息

本文由两部分组成：第一部分应用量子化学的从头算ab initio方法，从理论上研究了聚苯乙烯（PS）及其同位素取代物一氘代聚苯乙烯（DPS）和氚代聚苯乙烯（TPS）单体的平衡几何构型，红外光谱强度，氘、氚代聚苯乙烯（DPS，TPS）单体中温度、压强与熵的关系，正则振动模式及频率，并对正则振动模式进行了简单分析。第二部分应用氩离子（Ar+）轰击法、高能电子辐照法和激光光解法从实验上初步研究了PS材料在离子轰击、电子和光子辐照前后的微观结构的变化，模索其分解碳化机理。第一部分氘、氚代聚苯乙烯单体ab initio研究聚苯乙烯（PS）及其同位素取代物（DPS、TPS）是惯性约束核聚变（ICF）研究中的重要的固体热核有机靶材料。随着ICF研究的不断深入，对PS和DPS的研究也向更深层次发展。由于过去人们对PS的研究主要集中在工业应用上，尤其是在塑料工程中，如对其聚合条件、聚合度、分子量的大小、抗冲击强度、熔点、沸点、热解等物理化学性能的研究。在ICF中，利用氘、氚热核燃料取代PS材料中的氢的研究工作在国内起步较晚，1998年，中国工程物理研究院与四川大学合作，首次成功地在国内制备出了氘代率大于98％的氘代聚苯乙烯（DPS），为ICF固体聚变材料的研究打下了坚实的基础。本部分应用HF、MP2、BLYP-DFT等从头算（ab initio）量子化学计算方法，在6-31G*基组水平上，对聚苯乙烯（PS）单体基态的平衡几何构型，C—D键的键能，红外光谱强度以及温度、压强对熵的影响，并对正则振动频率及其归属进行了分析。主要结果如下： 1、苯乙烯（C8H8）基态为（?）1A′，其最稳定的构型为平单面构型，并非扭转的非平面构型。结果表明，用密度泛函理论中的BLYP方法得到的能量最低，而且几何构型参数与实验值能较好吻合。 2、C-D键的键能是我们关心的一个非常重要的参数。在考虑了零点能校正（Zero Point Correction）的情况下，得出的C-D键的健能在3．821eV-4．057eV之间，其中乙烯基上与苯环相邻的C-D键所对应的能量最低：3．821eV。 3、理论计算得出C8H8、C8D8、C8T8的红外光谱强度图，同位素取代效应明显：苯乙烯发生氘、氚取代后，红外光谱有明显的红移现象，且其光谱强度减弱。 4、为了从热力学的角度研究C8H8、C8D8、C8T8在不同压强，不同温度下热力学参数嫡的变化，我们应用BLYP－DFT方法进行了理论计算。结果表明，相同压强下，衬T刀＞STSm＞SC。；；。：相同温度下，巳。，。＞Sc。。。＞不。。。，这一结论符合热力学的变化规律。 5、聚苯乙烯单体有16个原子，是非线性多原子分子，有42个振动模式（3N－6），其中 29个平面振动模式，13个非平面振动模式。我们所关心的 C－H （C－D）键的振动属平面内的伸缩振动，且其位于 2900cm－‘－3100cm较窄的波长范围之内。本部分的研究可以为ICF实验研究提供一定的理论指导。第二部分聚苯乙烯薄膜碳化工艺初步研究聚苯乙烯做为ICF实验用的有机靶材料，其在激光场中的温度效应以及碳元素对D－T热核聚变过程的影响，特别是对DPS的解体温度和断键温度的研究，是一个十分重要的课题。以往人们利用离子轰击法（Ar“、He”、H”），高能射线辐照法，对PS材料的改性机理以及在离子、高能射线辐照下物理化学性能的改变进行了广泛研究。但做为储氢材料，研究氢及其同位素释放的碳化进程工作还未见相关报道。本部分采用高能电子辐照法、离子轰击法和激光光解法研究了PS材料在离子轰击、电子和光于辐照前后的微观结构特性。主要结果如下： 1、用Ar”轰击PS小球，其实验现象为先发泡变大，后又慢慢变黑缩小。这可能是由于 Ar“的束流太大门 OlllA)，Ar与 PS小球发生非弹性碰撞，Ar”停留在 PS 小球中，大部分能量转化

关键词： ICF靶材料 PS分子正则振动频率键能氟离子轰击高能电子辐照激光光解 PS薄膜碳化

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