[發明專利]一種在介觀尺度上搭建T形、π形和燕尾形三組分雙親分子粗粒化模型的方法

無效

• 申請號: 201310180117.8
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN104156495A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 劉曉晗;郭洪霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎

技術領域

本發明涉及計算機技術領域，具體涉及一種在介觀尺度上搭建T形、π形和燕尾形三組分雙親分子粗粒化模型的方法。

背景技術

所謂三組分雙親分子是由不同化學組成的尾鏈、棒狀液晶基元、側鏈甚至支鏈構成的。具有非線性拓撲結構的三組分雙親分子，如T形、π形、燕尾形等，屬于新型的功能性非線性雙親分子，由于其新型的自組裝結構和廣泛的工業用途，如顯示器可控激光、靈敏流體以及半導體吸引了廣泛的關注。在這些液晶體系中，熵不相容性以及化學鍵合約束的協同效應，以及棒狀液晶基元之間的各向異性相互作用和構象熵不匹配的耦合作用可以顯著提高介觀尺度相結構的復雜性和多變性。盡管實驗上發現了三組分雙親分子一系列豐富的自組裝超分子結構，但結構的表征僅局限于X射線衍結果和投射電鏡圖案，分子級別的即時形貌表征很難利用現有的實驗手段觀察到。計算機模擬作為實驗的補充研究工具，在學習該體系自組裝行為方面具有重要應用價值。

經典的計算機模擬方法關注微觀尺度的原子細節，但三組分雙親分子屬于液晶范疇，其自組裝行為發生在介觀尺度，因此包含所有結構細節的全原子模型顯然不能夠滿足觀察自組裝行為的要求。因此，我們采用耗散粒子動力學方法（Dissipative?Particle?Dynamics,DPD），可以把微觀尺度上的幾個分子甚至是高分子鏈中的若干個片段粗粒化成DPD模型中的一個粒子，這樣既能夠體現三組分雙親分子的復雜拓撲結構，也能區別不同化學結構的分子組分，同時可以利用成功構建的粗粒化模型進一步探索和討論介觀尺度上的物理問題，如自組裝和微相分離等。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種在介觀尺度上搭建T形、π形和燕尾形三組分雙親分子粗粒化模型的方法。可以利用成功構建的粗粒化模型進一步探索和討論介觀尺度上的物理問題，如自組裝和微相分離等

本發明采用的技術方案是提供一種在介觀尺度上搭建T形、π形和燕尾形三組分雙親分子粗粒化模型的方法，包括如下步驟：

1)在模擬體系中任選一點作為起始原點，代表粗粒化模型主鏈的端基粒子，沿Z軸正方向以粒子質心間平衡距離（0.7）為間距搭建主鏈，搭建工作完成后賦予代表液晶基元和尾鏈的粗粒化粒子不同的屬性以區分不同化學結構的分子組分；

2)具有特殊拓撲結構的三組分雙親分子側鏈部分的搭建要視情況而定，

a)對于T形分子，首先要找到主鏈中間位置的接枝粒子，沿Y軸正方向以粒子質心間平衡距離（0.7）為間距搭建側鏈，直至側鏈末端粒子出現。然后賦予側鏈不同于其他兩種組分的粒子屬性。

b)對于π形分子，首先找到位于主鏈中代表棒狀液晶基元的一端接枝粒子，沿Y軸正方向以粒子質心間平衡距離（0.7）為間距搭建其中一條側鏈，然后找到棒狀液晶基元的另一端接枝粒子，同樣沿Y軸正方向以粒子質心間平衡距離（0.7）為間距搭建另一條側鏈，搭建完成后賦予側鏈不同于其他兩種分子組分的粒子屬性。

c)對于燕尾形分子，側鏈的搭建方法與b中π形分子完全一致，首先找到位于主鏈中代表棒狀液晶基元的一端接枝粒子，沿Y軸正方向以粒子質心間平衡距離（0.7）為間距搭建其中一條側鏈直至側鏈末端粒子出現。然后找到棒狀液晶基元的另一端接枝粒子，同樣沿Y軸正方向以粒子質心間平衡距離（0.7）為間距搭建另一條側鏈，直至側鏈末端粒子出現。搭建完成后賦予側鏈粒子不同于其他兩種分子組分的粒子屬性。

支鏈的搭建方法是，首先找到位于棒狀液晶單元頭部的側鏈，然后找到側鏈上倒數第（n+1）個接枝粒子，沿Z軸負方向以粒子質心間平衡距離（0.7）為間距搭建支鏈至第n個粒子。然后找到位于棒狀液晶單元尾部的側鏈，然后找到側鏈上倒數第（n+1）個接枝粒子，沿Z軸正方向以粒子質心間平衡距離（0.7）為間距搭建另一條支鏈至第n個粒子。賦予所有支鏈粒子與側鏈相同的粒子屬性。

3)在模型構建過程中，所有的粒子滿足周期性邊界條件；

4)重復以上過程直至體系密度達到3.0。

本發明的效果是提供了一種在介觀尺度上搭建T形、π形和燕尾形三組分雙親分子粗粒化模型的方法，可以利用成功構建的粗粒化模型進一步探索和討論介觀尺度上的物理問題，如自組裝和微相分離等.

附圖說明

圖1是尾鏈為1個粗粒化粒子，液晶單元為3個粗粒化粒子，側鏈為3個粗粒化粒子的T形三組分雙親分子的粗粒化模型。

圖2是尾鏈為1個粗粒化粒子，液晶單元為3個粗粒化粒子，兩條側鏈分別為3個粗粒化粒子的π形三組分雙親分子的粗粒化模型。