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金属化含能材料具有高爆热、高爆温、释放化学能时间长、后燃烧效应突出等特性,广泛用于水中兵器、航空武器弹药及火箭推进剂。本文以金属镁、铝、氧化铝与硝胺、2,4,6-三硝基甲苯(TNT)为研究体系。运用量子力学和分子动力学方法,研究硝胺和2,4,6-三硝基甲苯含能材料在铝、氧化铝及镁表面的吸附与分解。主要研究内容如下：1.硝胺分子在铝表面的吸附导致了硝胺分解。分解产生四种产物,分别为NH2NO+O, NH2N+2O, NH2+NO2和NH2+NO+O,这些产物吸附在铝表面上。吸附能最大为-893.8kJ/mol。铝很容易被硝胺分解所产生的氧和氮原子所氧化,形成强的A1-O和A1-N键。对于硝胺分解的吸附构型,电子转移很明显,从铝表面向硝胺分解产物转移的最多电子数为3.04e。随着NH2NO2分子断键数目的增加,N和O原子的电荷迅速下降,而铝表面原子的电荷明显增加。N-O和N-N分解的构型中N和O原子态密度的峰值发生了明显的移动,能带变宽,表明其化学键的作用被加强。N和O原子的DOS峰数越小,则所形成的A1-O和A1-N键越多。2.用分子动力学方法研究了NH2NO2分子在A1(111)表面的扩散、结合能和径向分布函数。在低温下NH2NO2分子吸附在Al(111)表面上,在高温下NH2N02分子在A1(111)表面上发生了扩散,并且表面Al原子也偏离了原来位置。在250K和0.1GPa下,NH2NO2分子与Al原子的结合能最大,为-1463.9kJ；在550K和0GPa下,结合能最小,为-1082.1kJ。随着温度升高,A1-N和A1-O键径向分布函数的第一个峰值降低。扩散速率随着温度升高而增大,在450K温度以下,随着压强增大先减小后增大。在250K和0.1GPa下,自扩散系数(Ds)最小,为0.85×10-6cm2.s-1：在550K和1.0GPa下,自扩散系数(Ds)最大,为123.1×10-6cm2·s-1。在0.1GPa下,NH2N02分子扩散的最大活化能为18.1kJ·mo1-1；在10.0GPa下,NH2N02分子扩散的最小活化能为13.8kJ·mol-1。压强对NH2NO2分子在Al(111)表面扩散的影响很小3.TNT分子在铝表面上发生两种类型的分解,产物分别为ArNO+O和ArN+2O。其它的键如C-N,C-C和C-H键未分解,TNT分解产物吸附在铝表面。邻位硝基的N-O键比对位硝基的N-O键易断裂。吸附能最大为-747.3kJ/mol。铝很容易被TNT中的O和N原子氧化。硝基上的O和N原子与邻近的铝原子形成强的A1-O和A1-N键。从铝表面向TNT分解产物的电子数最多为3.42e。随着TNT分子断键数目的增加,N和O原子的电荷下降显著,而铝表面原子的电荷却升高。转移电荷越多,吸附能越大。N-O分解的吸附构型中N和O原子的态密度的峰值发生了明显的移动,能带变宽,这表明化学键的作用被加强。对所有的吸附构型,N和O原子的DOS峰值越宽,形成的Al-O和A1-N键越多。4.对于硝胺分子在Al2O3(001)表面的吸附,NH2NO2分子结构变化小,而A1203的A1-O键长变化大。根据A1203中最大的A1-O距离和最小的O-O距离,可以推断有部分A1-O键分解。这意味着A1203因NH2NO2分子在其表面的吸附而变得活泼。这可以解释含铝炸药为何即使铝被氧化形成一层氧化物膜时仍然有高的反应活性。最小和最大的吸附能分别是的-350.2kcal-mol-1和-453.8kcal-mol-1. NH2NO2的N和O原子的DOS能量与Al原子的DOS能量在-25到7.5eV处相匹配,在此能量范围内,A1-O或A1-N键容易形成。N、O和Al原子的DOS峰发生了明显的移动,能带变宽,表明化学键作用加强。5.氧原子和镁原子强烈的吸引作用使硝胺的N-O键断裂。硝胺分解的氧原子和自由基氧化了镁表面。最大的吸附能为-860.5kJ/mol。从镁表面向硝胺分解物转移的最多电子数为3.76e。硝基分解产生的自由基很容易氧化镁表面。进一步研究了硝胺分子在Mg(001)表面的分解机理。N-N键平行于镁表面且硝基N原子在Mg-top吸附位置上时,N-O键分解的能垒为321.6kJ/mol,而其它吸附构型的N-O键分解的能垒要小的多,在11.6kJ/mol和36.5kJ/mol之间。N-O键分解的反应能与硝胺分子在镁表面的吸附能是一致的。此外,硝胺在镁表面的吸附和分解均是放热过程。