Computational studies of energetics, electronic structure, and vibrational spectra of PETN nanoparticles

The density functional tight binding method was used to explore the energetics, electronic structure, and vibrational spectra of pentaerythritol tetranitrate (PETN) nanoparticles (NPs). The surface energy of the PETN NP is anisotropic and its extra energy decreases with the increase of size. The energy bands of the NPs are significantly expanded and the band gaps are narrowed, thus reducing the stability due to nanometer size effect. The surface of the NP is mainly covered by the [NO.sub.2] group. The high-energy surface may play a role in triggering chemical decomposition. The vibration frequencies of the PETN NPs present a wider distribution than those of the gas and solid phase PETN, which will increase the probability of energy transfer to the molecules in the system and promote the decomposition of PETN. Our results provide a basic understanding from a molecular perspective to the energy properties of nano explosives. Key words: density functional tight binding method, PETN nanoparticles, energetics, electronic structure, vibrational spectra. Nous avons employe la methode des liaisons fortes basee sur la theorie de la fonctionnelle de la densite pour explorer l'energetique, la structure electronique et les spectres vibrationnels de nanoparticules (NP) de tetranitrate de pentaerythritol (PETN). L'energie de surface des NP de PETN est anisotrope, et leur energie supplementaire diminue avec l'augmentation de la taille des particules. Les bandes energetiques des NP sont considerablement elargies et les bandes interdites sont reduites, ce qui diminue la stabilite en raison de l'effet de taille nanometrique. La surface des NP est principalement couverte des groupes [NO.sub.2]. L'energie de surface elevee joue possiblement un role dans le declenchement de la decomposition chimique. Les frequences vibrationnelles des NP de PETN presentent une distribution plus etendue que celles du PETN en phase gazeuse et en phase solide, ce qui augmente la probabilite de transfert d'energie aux molecules du systeme et favorise la decomposition du PETN. Nos resultats permettent d'avoir une comprehension de base, d'un point de vue moleculaire, des proprietes energetiques des explosifs nanometriques. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : methode des liaisons fortes basee sur la theorie de la fonctionnelle de la densite, nanoparticules de PETN, energetique, structure electronique, spectres vibrationnels.
Introduction Explosives are indispensable materials for modern weapons. To improve the overall performances of traditional explosives, one of effective methods is to reduce their particle size to the nanoscale. (1-3) [...]