[發明專利]一種利用計算機模擬構建氧化石墨烯與聚碳化二亞胺交聯結構模型的方法

有效

• 申請號: 201810643469.5
• 申請日: 2018-06-21
• 公開（公告）號: CN108846253B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 徐京城;崔錦燦;李靜;王玉嫻;盧杰;楊俊和
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

1.一種利用計算機模擬構建氧化石墨烯與聚碳化二亞胺交聯結構模型的方法，其特征在于具體步驟包括：

(1)、利用MS軟件中的Visualizer模塊分別構建氧化石墨烯分子、聚碳化二亞胺分子的結構A1、B1；

(2)、利用MS軟件中的Forcite模塊進行能量最小化運算；

利用MS軟件中的Forcite模塊分別對步驟(1)所得的兩個結構A1、B1進行能量最小化運算，在Forcite模塊中選用Smart Minimize方法、COMPASS分子力場、Atom based非鍵作用求和方法，分別得到能量最優的結構A2、B2；

(3)、利用MS軟件中的Amorphous Cell模塊進行結構混合運算；

利用MS軟件中的Amorphous Cell模塊對步驟(2)所得的兩個結構A2、B2進行結構混合運算，其中分子力場選用COMPASS力場，庫倫作用求和選用Ewald方法，范德華作用求和選用Atom based方法，得到混合結構C1；

混合結構運算中，氧化石墨烯分子、聚碳化二亞胺分子的加載數至少各設為1個，控制混合結構中總原子數不超過5000個原子；

(4)、利用MS軟件中的Forcite模塊進行能量最小化和分子動力學弛豫的運算；

利用MS軟件中的Forcite模塊對步驟(3)所得的混合結構文件C1進行能量最小化和分子動力學弛豫的運算；

其中進行能量最小化運算時，選用Smart Minimize方法、 COMPASS分子力場、Ewald非鍵作用求和方法；

進行分子動力學弛豫運算時，選用COMPASS分子力場、NPT系綜、Ewald非鍵作用求和方法，溫度選用200-500K，壓力選用1大氣壓即1.0×10^-4GPa，時間步長選用1fs，總模擬時間選用500-1500ps，軌跡輸出間隔選用1000步；

(5)、利用xLink程序“虛擬交聯反應”運算；

對步驟(4)運算所得的結構進行“虛擬交聯反應”運算，步驟如下：

交聯反應距離初始值設定為僅運行本步驟(5)時，此交聯反應距離不做改變；經后續步驟(7)運算判斷后，需要增大交聯反應距離時，每次增大交聯反應距離的最大值設定為

利用MS軟件Visualizer模塊的Measure工具測量步驟(4)運算所得的結構中任意一對C-N原子對中C、N原子之間的距離D；

其中所述的C-N原子對是指由氧化石墨烯分子中羰基基團中的C原子與聚碳化二亞胺分子中N＝C＝N基團中的N原子形成的原子對；

當C、N原子之間的距離D小于或等于當前的交聯反應距離時，發生交聯反應，構建交聯結構；

所述的構建交聯結構，即利用MS軟件Visualizer模塊將上述發生交聯反應的結構中對應的羰基基團中的C原子與 N＝C＝N基團中的N原子直接形成單鍵，將羰基基團中的C原子上羥基基團中的O原子與N＝C＝N基團中的C原子直接形成雙鍵，然后根據各原子配位情況進行H原子飽和；

當C、N原子之間的距離D大于當前的交聯反應距離時，不發生交聯反應，不進行操作；

再對另外一對C-N原子對運行本步驟(5)，直至步驟(4)運算所得的結構中所有的C-N原子對均已判斷是否發生交聯反應，且所有符合上述發生交聯反應條件的C-N原子對均已構建交聯結構，得到交聯結構D1；

(6)、利用MS軟件中的Forcite模塊進行溫度循環的分子動力學弛豫運算；

利用MS軟件中的Forcite模塊對步驟(5)“虛擬交聯反應”運算所得的交聯結構D1進行溫度循環的分子動力學弛豫運算，Forcite模塊中力場選用COMPASS分子力場，系綜選用NVT系綜，溫度循環范圍選用300K-(500-800K)-300K，溫度變化量選用50-100K，每個溫度下分子動力學運算的總模擬時間均選用300-1000ps；

每次分子動力學運算均以上一個分子動力學運算后的結果作為初始結構，每次分子動力學運算的總模擬時間均相同，直至以上溫度由300K升溫到500-800K后再降溫到300K的分子動力學弛豫運算完成，結束溫度循環的分子動力學弛豫運算，計算交聯結構D1的反應度；

所述交聯結構D1的反應度為交聯結構D1中所用的氧化石墨烯分子中已經發生交聯反應的羰基基團的個數與交聯結構D1中所用的氧化石墨烯分子中所有羰基基團個數的比值；

(7)、步驟(6)運算所得交聯結構D1的反應度與預先設定的反應度的目標值進行比較；

所述反應度的目標值，根據實際需要在步驟(5)的虛擬交聯反應程序中進行預先設定，最大值為100％；

當步驟(6)運算所得交聯結構D1的反應度達到預先設定的反應度的目標值，此時的交聯結構D1即為滿足要求的氧化石墨烯與聚碳化二亞胺交聯結構；

當步驟(6)運算所得交聯結構D1的反應度未達到預先設定的反應度的目標值，且當前交聯反應距離小于則將當前交聯反應距離增大然后重新進行執行步驟(5)-(7)，直至交聯結構D1的反應度達到預先設定的反應度的目標值；

當步驟(6)運算所得交聯結構D1的反應度未達到預先設定的反應度的目標值，且當前交聯反應距離達到交聯反應距離最大值運算暫停，提示交聯結構D1的反應度未達到預先設定的反應度的目標值，重新進行步驟(3)-(7)，直至交聯結構D1的反應度達到預先設定的反應度的目標值；

(8)、利用MS軟件Visualizer模塊的Measure工具測量并統計，步驟(7)中當交聯結構D1的反應度達到預先設定的反應度的目標值時交聯結構D1中的C-N鍵的鍵長L，以判斷整個構建過程是否結束：

當時，構建過程結束；

當時，可能出現結構未能完全弛豫的情況，重新運行步驟(6)-(8)，直至構建過程結束；

當時，可能出現穿環等不合理結構，重新運行步驟(3)-(8)，直至構建過程結束。