高能密度材料之拓樸學分析

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Title:	高能密度材料之拓樸學分析
Authors:	李其融
Contributors:	化材系
Keywords:	含能材料
Date:	2021-10
Issue Date:	2021-11-11 15:27:08 (UTC+8)
Abstract:	含能材料可以廣受矚目乃在於它能儲存大量的化學能，其可以應用於太空、軍事與土木建築。為獲得更精確、更深層了解經由結構的修飾，或鍵結的改變可能會影響化學做用力的各項物理量，本計劃將利用"分子中原子"的量子理論(QTAIM)，將含能材料的各項化學作用力做一系統性的分析與探究。原子中分子，此理論可有效地分析化學鍵或是化學作用力的本質。在QTAIM中，系統將被分割成數個次系統，並利用物理上常使用的零位面概念定出次系統的邊界環境。這一切的分析將以電荷密度為分析之函數，電荷密度函數的獲得可從實驗值（如X光繞射數據）或是利用理論計算獲得的函數多項式來描述之。X光結晶學是一項相當有效的方法，經由解析分子準確的結構可用來研究其結構、化學性質與其生物活性的關連性。在這近十多年，由於相關技術、光源與設備的大幅改進，我們可以得到相當高品質的繞射數據，從而找到精確與準確度高的分子結構。進而，成為從事結構鑑定與分子電荷密度分析的一項相當有力的工具。在本計劃中，除了對目標化合物分子做一般性的結構解析之外，我們還引進多極模型的概念，從分子的多極函數資料庫中將相關資訊引入我們的目標化合物中。各種化學鍵與相關的弱作用力都將利用QTAIM的理論進行各項物理量的分析研究。關於這類作用力除了利用多極精算與拓樸學的方式探討外，還利用理論計算（其包括分子軌域計算與分子動力學計算）的方式來求得，如此可以相互印證彼此的結果。在本計畫中，我們將利用多極精算的概念，把我們感興趣的目標分子的電荷密度函數化。我們將針對模型分子反應型式的不同而找出相關各種物理量。如各個化學鍵的強度，各分子片段或原子的電荷大小、同時，我們將仔細分析各個化學鍵或是化學作用力，其利用的依據除利用臨界點與鍵路徑搜尋外，我們還會利用費米洞函數、來源函數與非定域指數等方法，做更近一步的檢驗。期望經由一系列嚴謹的分析，可以對各項鍵結與作用力做較清楚、客觀的定義。如此，將有助於日後新材料的研發，可以提供一條有效的規則去輔助目標物的設計方向。
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