[發(fā)明專利]一種表征環(huán)氧樹脂復(fù)合材料界面機理的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910071391.5
• 申請日: 2009-02-10
• 公開（公告）號: CN101487832A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈近;黃玉東;劉亞維;張紅星
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 單 軍

1.一種表征環(huán)氧樹脂復(fù)合材料界面機理的方法，其特征在于表征環(huán)氧樹脂復(fù)合材料界面 機理的方法按以下步驟實施：

一、建立Au(111)表面模型，再根據(jù)密度泛函理論及分子動力學(xué)方法計算硫醇分子在Au 表面自組裝的吸附結(jié)構(gòu)，并確定結(jié)構(gòu)參數(shù)，模擬得到自組裝模型化體系；

其中，步驟一以模擬的Au(111)表面吸附短鏈硫醇分子結(jié)構(gòu)，建立短鏈表面吸附模型，再 進(jìn)行密度泛函理論計算，并以短鏈表面吸附模型密度泛函理論計算結(jié)果為基礎(chǔ)模擬計算得到 Au(111)表面吸附長鏈硫醇分子初始結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行分子動力學(xué)計算，模擬得到自組裝模型 化體系；

具體過程如下：a、建立短鏈表面吸附模型中短鏈硫醇分子為甲基硫醇和2-巰基乙醇；覆 蓋率Θ＝1的吸附結(jié)構(gòu)采用的晶格單元，以作為S原子的初始吸附高度， 并采用Cerius2軟件默認(rèn)的分子鍵長為初始鍵長，其中S-C鍵長為C-H鍵長為C-C鍵長為C-O鍵長為O-H鍵長為S-C鍵相對于表面法線的夾角θ 為30°～60°；

b、對短鏈表面吸附模型進(jìn)行密度泛函理論計算，采用密度泛函理論方法的計算平臺對交 叉作用相進(jìn)行交換相關(guān)泛函和梯度修正近似；各個原子的電子勢函數(shù)采用超柔軟贗勢，截止 能量為300eV；Au(111)表面原子優(yōu)化過程的k點數(shù)為5×5×1；而小分子CH₃SH的k點數(shù)為 1×1×1；

c、模擬計算得到的Au(111)表面吸附長鏈硫醇分子結(jié)構(gòu)模型，其中覆蓋率Θ＝1，長鏈硫 醇分子為S(CH₂)_nX，X為-OH、-NH₂或-COOH，n＝1～17；模擬采用周期性邊界模型，硫醇分 子在Au(111)表面的初始吸附結(jié)構(gòu)參數(shù)為：S原子在Au(111)表面以方式排列， 吸附位為bri-fcc位，S原子與金表面的距離為S-C鍵與基底表面法線的初始傾斜角為 30°；模型的晶胞尺寸為α＝β＝γ＝90°，每個單元包括16個自組 裝分子；

d、先用分子力學(xué)方法對Au(111)表面吸附長鏈硫醇分子結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行初步優(yōu)化，然后對 初步優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分子動力學(xué)計算；其中初步優(yōu)化過程中將Materials?Studio軟件中的Discover 計算模塊的優(yōu)化方法設(shè)為smart?minimizer，匯聚水平設(shè)為costomized，最大迭代次數(shù)設(shè)為10000 次，牛頓方法的迭代原子數(shù)設(shè)為2000個；對優(yōu)化結(jié)果采用正則系綜，模擬溫度為298℃，模 擬時間為100～200萬步，計算的時間步長為1fs，總共的模擬時間為1～2ns，保存軌跡選擇全 部的運動及坐標(biāo)參數(shù)，并設(shè)定每5000步輸出一個模擬結(jié)果，模擬過程中能量最大偏移為默認(rèn) 值5000kcal/mol，熱力學(xué)狀態(tài)描述選擇Berendsen法；其中，對初步優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分子動力學(xué) 計算中長程相互作用力的截斷距離為

二、在自組裝模型化體系表面加上環(huán)氧樹脂層，建立模型化體系與環(huán)氧樹脂的界面結(jié)構(gòu)；

其中，步驟二中使用的環(huán)氧樹脂為雙酚-A型環(huán)氧分子，分子量為340，并采用Materials Studio軟件中的Amorphous?cell模塊建立密度為1.25g/cm³、環(huán)氧分子數(shù)為8的無定形環(huán)氧樹 脂周期性邊界模型；而且無定形環(huán)氧樹脂周期性邊界模型晶胞的底面邊長要與自組裝模型化 體系晶胞的底面邊長一致；

然后，以步驟一自組裝模型化體系的計算結(jié)果為初始表面模型，將自組裝模型化體系與 步驟二得到的環(huán)氧分子層合并；

三、采用分子動力學(xué)方法對界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，評價不同官能團(tuán)、不同鏈長對環(huán)氧樹脂 復(fù)合材料界面性能的影響；

其中，步驟三中先用分子力學(xué)方法對界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步優(yōu)化，然后采用模擬退火法找出 最低能量界面結(jié)構(gòu)，之后再對界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子力學(xué)及分子動力學(xué)計算；其中分子力學(xué)方法 是將Materials?Studio軟件中的Discover計算模塊的優(yōu)化方法設(shè)為smart?minimizer，匯聚水平 設(shè)為costomized，最大迭代次數(shù)設(shè)為10000次，牛頓方法的迭代原子數(shù)設(shè)為2000個；模擬退 火法：初始溫度為10～100K，終止溫度為1010～1100K，每1000～3000步的分子動力學(xué)模 擬溫度相應(yīng)變化50K，循環(huán)次數(shù)為15～30；分子動力學(xué)方法采用正則系綜，模擬溫度為298℃， 模擬時間為40～100萬步，計算的時間步長為1fs，總共的模擬時間為400～1000Ps，保存軌跡 選擇全部的運動及坐標(biāo)參數(shù)，并設(shè)定每5000步輸出一個模擬結(jié)果，模擬過程中能量最大偏移 為默認(rèn)值5000kcal/mol，熱力學(xué)狀態(tài)描述選擇Berendsen法。