当前各国国防和军事事业的迅速发展向高能材料的研究提出了更高的要求。寻求爆炸性能和稳定性之间俱佳的高能材料成为这一领域的研究热点。由于棱柱烷和芳香环类化合物具有张力大、密度大等高能材料的潜质,因此受到广泛的关注。在本工作中,我们设计了一系列棱柱烷和芳香环的衍生物,采用DFT-B3LYP/6-31G(d,p)方法对其爆炸性能和稳定性进行了预测,从中筛选出最具潜力的高能化合物。本文主要内容如下:1、多硝基八棱柱衍生物以八棱柱为母体,硝基为取代基,设计了四种八棱柱衍生物---八硝基八棱柱(ONOP),八硝基八氮杂八棱柱(ONOAP),四硝基八棱柱(TNOP)和四硝基八氮杂八棱柱(TNOAP)。优化了几何结构,并预测了目标分子的晶体结构、爆速、爆压及稳定性等。计算结果表明,ONOP、ONOAP和TNOAP具有极好的爆炸性能,均超过了常用的高能化合物HMX。对分子解离能的计算结果表明,除ONOP分子外,其他三个分子均表现出良好的热力学稳定性,而ONOP分子也达到了高能密度材料对稳定性的要求。综合考虑分子的爆炸性能和稳定性,TNOAP分子为最具潜力的高能密度化合物。2、二苦味酸胺衍生物我们以二苦味酸胺(DPA)分子为母体,分别以硝基、氨基、硝铵基、氧酯基、氰基和叠氮基为取代基,设计了30个DPA衍生物(X1-X5,X=A,B,C,D,E,F)。计算结果显示,所有分子的爆炸能力均强于烈性炸药TNT,并且有10分子的爆炸能力超过了军用高能炸药RDX。所有分子的解离能都超过170 kJ/mol,有较好的热力学稳定性。多数分子的感度要低于常用高爆军用猛炸药CL-20。综合考虑分子的爆炸性能和稳定性,我们推荐D4,D5和E5分子作为最具潜力的高能密度化合物。3、多硝基尿酸衍生物通过硝基取代尿酸分子中的氢,我们设计了十五种多硝基尿酸衍生物。采用K–J方程对爆炸性能进行了预测。计算结果显示,硝基数目与分子的爆热、密度、爆速和爆压之间存在较好的线性关系。三硝基尿酸和四硝基尿酸的爆速可达8km/s,爆压达30 GPa,且多数目标化合物的比冲量超过了RDX。通过分析键解离能、计算特征高度和自由空间发现,多数分子具有较好的热力学稳定性和可接受的感度。综合考虑爆轰性能和稳定性,我们推荐U123,U124,U234和U1234分子为潜在的高能密度化合物。