一種模擬線性聚合物結(jié)晶的方法【
技術(shù)領(lǐng)域:
】[0001]本發(fā)明屬于高分子材料
技術(shù)領(lǐng)域:
,更具體地說,涉及一種計算機(jī)模擬線性聚合物結(jié)晶的方法?!?br>背景技術(shù):
】[0002]聚合物的結(jié)晶一直是多年來研宄的熱點問題,現(xiàn)在已經(jīng)有較成熟的理論,但仍然有些結(jié)晶機(jī)制問題存在爭議。多年來,聚合物的結(jié)晶大多使用用熱臺進(jìn)行結(jié)晶。利用小角X射線衍射和廣角X射線衍射,F(xiàn)TIR,DSC等測定聚合物結(jié)晶的結(jié)構(gòu),有一定的局限性:一,不能實時觀測整個聚合物結(jié)晶過程并同時獲得聚合物晶體的結(jié)構(gòu)信息;二,現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)測定方法得到的結(jié)晶結(jié)構(gòu)信息并不能完全呈現(xiàn)聚合物的結(jié)晶行為,一些微觀尺度上的結(jié)晶行為比如分子鏈從無序到有序的排列過程不能得到揭示。此時計算機(jī)仿真技術(shù)給我們提供了一種新的途徑,有助于協(xié)助我們了解其復(fù)雜的行為,在分子鏈的水平上探尋聚合物結(jié)晶過程?,F(xiàn)在使用的仿真技術(shù)主要有兩種方法:分子動力學(xué)方法(MD)和蒙特卡羅方法(MC)。本發(fā)明主要采用分子動力學(xué)仿真的方法,進(jìn)行相關(guān)模擬。[0003]分子動力學(xué)(MolecularDynamics,MD)方法是一種依靠牛頓經(jīng)典力學(xué)來模擬分子體系的運動的方法,由于它能夠?qū)υ釉谌S空間內(nèi)的運動軌跡和演變過程進(jìn)行精確地描述,有助于我們了解運動過程中材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化。分子動力學(xué)模擬具有以下優(yōu)勢,可以幫助理解結(jié)晶過程。一,通過模擬得到粒子的運動軌跡,能獲得在實驗中不能得到的單鏈的信息如原子坐標(biāo)位置,均方末端距等;二,可以方便地通過改變參數(shù)模擬不同復(fù)雜程度的模型;三,通過模擬我們可以得到實時的分子鏈信息;第四,通過分子動力學(xué)模擬可對結(jié)晶過程進(jìn)行實時量化分析。[0004]分子動力學(xué)方法現(xiàn)在在材料領(lǐng)域,醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用。由于高分子材料本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,分子量比較大,常常采用粗?;P?,在聚合物模擬中,粗?;P蛯喖谆醋饕粋€微球,忽略了氫原子及碳?xì)滏I,從而減小了建模難度和模擬運行時間,此種模型又被稱為珠鏈模型?!?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種模擬線性聚合物結(jié)晶的方法,進(jìn)而彌補(bǔ)傳統(tǒng)實驗方法在研宄聚合物結(jié)晶過程的不足。傳統(tǒng)的研宄方法X射線衍射,DSC,F(xiàn)TIR等,無法揭示分子鏈水平上的聚合物結(jié)晶行為,計算機(jī)模擬仿真的方法可以克服以上不足,為研宄聚合物的結(jié)晶過程提供一種新的途徑。本發(fā)明利用計算機(jī)模擬技術(shù)研宄不同體系線性聚合物的微觀結(jié)晶過程。[0006]本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn):[0007]一種模擬線性聚合物結(jié)晶的方法,建立聚合物模型并進(jìn)行模擬結(jié)晶,按照下述步驟進(jìn)行:[0008]步驟1,建立聚合物粗?;P停W游恢糜蔁o規(guī)漫步產(chǎn)生,粒子初速度為零,鍵長為0.26nm,鍵角使用tablespline,所有數(shù)據(jù)采用LJ簡化單位;[0009]步驟2,對聚合物模型進(jìn)行相應(yīng)力場的設(shè)置:分子間作用力采用LJ-96勢,鍵長、鍵角、采用相應(yīng)能量勢;[0010]步驟3,對模型進(jìn)行相應(yīng)的初始設(shè)定:周期性邊界條件,NPT系綜,速度-Verlet積分算法,Nose-Hoover溫度控制法,Andersen等壓控制法;[0011]步驟4,對模型依次進(jìn)行T*=0.1時下平衡,T*=0.1到T*=1.6的升溫NPT運動,T*=1.6的NPT平衡運動,T*=1.6到T實驗溫度下T*=0.4的降溫NPT運動,T*=0.4的NPT平衡運動,輸出所有平衡運動過程中的各種能量,原子坐標(biāo),溫度等數(shù)據(jù)[0012]具體說明如下:[0013]本發(fā)明所建立的聚合物模型均為單分散、粗?;?,采用無規(guī)漫步的方法生成粒子的三維坐標(biāo),從而達(dá)到定義粒子位置的目的,模型中采用周期性邊界條件,定義鍵長為0.26nm,粒子初速度設(shè)定為零。[0014]對建立的聚合物模型進(jìn)行力場設(shè)定,分子間作用力采用L-J勢,鍵長、鍵角、采用相應(yīng)能量勢。具體力場設(shè)定公式如下,其中r。表示截斷力場,ε,Kb表示力場參數(shù)。【主權(quán)項】1.一種模擬線性聚合物結(jié)晶的方法,其特征在于,建立聚合物模型并進(jìn)行模擬結(jié)晶,按照下述步驟進(jìn)行:步驟1,建立聚合物粗粒化模型,粒子位置由無規(guī)漫步產(chǎn)生,粒子初速度為零,鍵長為0.26nm,鍵角使用tablespline,所有數(shù)據(jù)采用LJ簡化單位;步驟2,對聚合物模型進(jìn)行相應(yīng)力場的設(shè)置:分子間作用力采用LJ-96勢,鍵長、鍵角、采用相應(yīng)能量勢;步驟3,對模型進(jìn)行相應(yīng)的初始設(shè)定為周期性邊界條件,四次平衡設(shè)定為NPT系綜,數(shù)據(jù)積分算法設(shè)定為速度-verlet算法,溫度控制方法采用Nose-Hoove等溫控制法,壓力控制方法采用Andersen等壓控制法;步驟4,對模型依次進(jìn)行T*=0.1時下平衡,T*=0.1到T*=1.6的升溫NPT運動,T*=1.6的NPT平衡運動,T*=1.6到T實驗溫度下T*=0.4的降溫NPT運動,T*=0.4的NPT平衡運動,輸出所有平衡運動過程中的各種能量,原子坐標(biāo),溫度等數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬線性聚合物結(jié)晶的方法,其特征在于,力場設(shè)定公式如下:其中r。表示截斷力場,〇,ε,Kb表示力場參數(shù),Ebmd為鍵合能量,E__bmd為非鍵合能量即范德華力。【專利摘要】本發(fā)明公開一種模擬線性聚合物結(jié)晶的方法,建立聚合物模型并進(jìn)行模擬結(jié)晶,建立聚合物粗粒化模型,設(shè)定粒子位置、粒子初速度、鍵長和鍵角;對聚合物模型進(jìn)行相應(yīng)力場的設(shè)置:分子間作用力采用LJ-96勢,鍵長、鍵角、采用相應(yīng)能量勢;對模型進(jìn)行相應(yīng)的初始設(shè)定周期性邊界條件;對模型依次進(jìn)行T*=0.1時下平衡,T*=0.1到T*=1.6的升溫NPT運動,T*=1.6的NPT平衡運動,T*=1.6到T實驗溫度下T*=0.4的降溫NPT運動,T*=0.4的NPT平衡運動。本發(fā)明的計算機(jī)模擬仿真方法,克服了傳統(tǒng)觀實驗方法的不足,可以進(jìn)行整體、實時觀察,結(jié)果表明,計算機(jī)模擬的數(shù)據(jù)能夠與傳統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)很好地吻合?!綢PC分類】G06F19-12【公開號】CN104657625【申請?zhí)枴緾N201510064990【發(fā)明人】徐歡,尚英瑞,蔣世春【申請人】天津大學(xué)【公開日】2015年5月27日【申請日】2015年2月9日