高溫高壓下流體苯物性的第一性原理研究_4992.pdf

1、碳氫化合物在極端條件下的金屬化相變研究是近年來的一個熱點。苯是芳香族最簡單的化合物，探索高溫高壓下液態(tài)苯的物理性質(zhì)，對于研究芳香族化合物在極端條件下的研究有重要的科學意義。本文基于密度泛函理論的分子動力學模擬計算并分析了溫度和壓強對流體苯的熱力學性質(zhì)的影響，得到了流體苯的物態(tài)方程，分析了在不同溫度、密度下體系的化學組分變化，較詳細的分析了苯在高溫高壓下的導電性，證實了液態(tài)金屬苯的存在。本文研究結(jié)果主要表現(xiàn)為以下幾個方面：
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2、通過基于密度泛函理論分子動力學方法，模擬研究了液態(tài)苯在沖擊壓縮下的物態(tài)方程，計算的密度范圍是1.6 g/cm3-2.4 g/cm3、溫度范圍為1500 K-5000 K，對應(yīng)壓強范圍是11 GPa-75 GPa。通過等容圖發(fā)現(xiàn)在除1.6 g/cm3外的各個密度下都有發(fā)生壓強滯漲或降低的區(qū)域。隨著密度的增加，出現(xiàn)該區(qū)域的溫度降低，隨著壓強增大，且溫度區(qū)間較窄。
　　2.分析了1.6 g/cm3的苯環(huán)的結(jié)構(gòu)變化，看出苯環(huán)分解的壓強與前

3、人計算的結(jié)果比較符合，出現(xiàn)在11 GPa附近。通過構(gòu)型圖觀察了在(ap/aT)V≤0區(qū)域前后的原子分布變化，對于2.4 g/cm3和1.8 g/cm3，計算了它們各結(jié)構(gòu)對應(yīng)溫度下的徑向分布函數(shù)(PCF)，通過徑向分布函數(shù)更加直觀的反映了(ap/aT)V≤0前后的苯化學分解過程。
　　3．經(jīng)過對構(gòu)型和徑向分布函數(shù)的分析，可以得到：在壓強較小時，特別是苯環(huán)剛開始分解時，體系內(nèi)存在少量多環(huán)芳香烴和較小的碳氫化合物分子，隨著壓強增加體系內(nèi)

4、主要由 C-C鍵和 C-H鍵斷裂形成含有較多個碳原子形成的碳鏈和少量氫氣，在更高壓強下 C-C鍵和 C-H鍵繼續(xù)斷裂，主要是幾十個碳原子鏈斷裂為多條及個碳原子形成的鏈甚至碳原子，同時氫氣也會部分離解成氫原子。
　　4.流體的大量構(gòu)型進行抽樣，并計算其動態(tài)能帶結(jié)構(gòu)，最后得到固定溫度和密度條件下流體的平均能帶寬度。通過溫度-帶隙圖可以得到：液態(tài)苯的金屬化相變對應(yīng)在等容線上的壓強突然變低的最低點附近。同時計算了2.4 g/cm3的三個結(jié)