[發明專利]一種多孔硅碳氧陶瓷的建模方法

有效

• 申請號: 201810037526.5
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108287982B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 廖寧波
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G16C10/00
• 代理公司: 杭州萬合知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33294
• 代理人: 余冬

本發明公開了一種多孔硅碳氧陶瓷的建模方法，其特征在于，按下述步驟進行：(1)采用Si₄CO₆作為無自由碳的玻璃態配比，并增加碳的含量獲得具有自由碳的SiCO結構，表示為Si₄C_xO₆；通過S＝x/6.5?0.3且x≤10；確定平均特征尺寸S，單位為nm；基于模擬退火法建立SiCO結構的初始模型；(2)模擬將初始SiCO結構中的二氧化硅相腐蝕去除方法得多孔結構的硅碳氧結構；(3)對所得到的多孔結構進行加壓和解壓模擬優化，最終得到多孔硅碳氧結構。本發明可以生成具有不同碳含量的多孔硅碳氧模型，具有良好的準確性和高效性的特點。

技術領域

本發明涉及一種多孔硅碳氧陶瓷的建模方法，尤其是一種基于分子動力學和量子力學的多孔硅碳氧陶瓷建模方法。

背景技術

聚合物衍生陶瓷是從液態有機硅前驅體得到的新一代耐高溫陶瓷，其主要的優點是制備成本低、容易成型、在特定條件下具有半導體行為等。其中硅碳基材料禁帶寬度大，結構穩定性好，抗氧化性強，在某種程度上綜合了碳基材料和硅基材料的優勢，在高溫、強輻射等惡劣環境下的應用具有巨大優勢。在聚合物衍生陶瓷中，硅碳氧陶瓷具有特殊的納米結構和優異的耐高溫/抗氧化性能，在防護涂層、傳感器氣敏材料和鋰電池電極材料等領域具有巨大的應用前景。尤其是其多孔結構，具有更為優異的吸附和擴散性能，非常適合用于氣體傳感器和高容量鋰電極等應用。由于傳統的微納器件設計方法存在周期長、費用高等局限性，通過大量的測試研究來尋求最佳設計是非常困難的。針對硅碳氧多孔材料進行精確建模，通過弄清結構-特征關系進行計算機輔助設計和分析，對于實現相關產品的高效開發非常關鍵。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種多孔硅碳氧陶瓷的建模方法。本發明可以生成具有不同碳含量的多孔硅碳氧模型，具有良好的準確性和高效性的特點。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：一種多孔硅碳氧陶瓷的建模方法，按下述步驟進行：

(1)采用Si₄CO₆作為無自由碳的玻璃態配比，并增加碳的含量獲得具有自由碳的SiCO結構，表示為Si₄C_xO₆；

通過S＝x/6.5-0.3且x≤10；確定平均特征尺寸S，單位為nm；

基于模擬退火法建立SiCO結構的初始模型；

(2)模擬將初始SiCO結構中的二氧化硅相腐蝕去除方法得多孔結構的硅碳氧結構；

(3)對所得到的多孔結構進行加壓和解壓模擬優化，最終得到多孔硅碳氧結構。

前述的多孔硅碳氧陶瓷的建模方法中，所述步驟(1)中的模擬退火法按下述步驟進行：

(1.1)；運行50ps的NVE模擬，其中恒定系統粒子數、體積和能量，通過原子速度標定將系統加熱到8000K，使系統具有足夠的能量跳出局部最優；

(1.2)運行800ps的NVE模擬，通過原子速度標定將系統冷卻到2000K；然后將系統溫度穩定在1000K，運行NVE模擬弛豫800ps；

(1.3)運行3000ps的NVE模擬，通過原子速度標定將系統冷卻到300K；然后將系統溫度穩定在300K，運行NVE模擬弛豫800ps；

其中，升溫過程動力學步長為1fs，降溫過程動力學步長為0.5fs。

前述的多孔硅碳氧陶瓷的建模方法中，所述步驟(2)中的二氧化硅相腐蝕去除方法的去除算法按下述步驟進行：

(2.1)按照以下公式設定去除半徑系數R，單位：

R＝6.5-x/3，其中x為碳含量；