[發(fā)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(lián)結構模型的方法

有效

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• 申請日: 2018-06-21
• 公開（公告）號: CN108846253B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)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

本發(fā)明公開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(lián)結構模型的方法。該方法首先通過Materials Studio軟件構建氧化石墨烯分子與聚碳化二亞胺分子的混合結構，然后通過能量最小化和分子動力學運算，利用xLink交聯(lián)程序進行結構交聯(lián)，最終得到交聯(lián)結構模型。本發(fā)明的模擬構建氧化石墨烯與聚碳化二亞胺交聯(lián)結構模型的方法具有模擬時間短的特點，所有運算均可并行計算，視并行核數和體系大小不同，最快幾個小時便可完成，從而為復雜交聯(lián)體系的計算模擬提供了一種可靠的結構建模方法。

技術領域

本發(fā)明涉及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(lián)結構模型的方法，屬于交聯(lián)聚合物領域。

背景技術

腐蝕是冶金、交通運輸等工業(yè)行業(yè)領域中的重大挑戰(zhàn)之一。使用聚合物防腐材料是有效的防腐手段之一。聚合物若通過交聯(lián)反應形成三維網絡狀交聯(lián)結構，則其力學性能、熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐溶劑性及抗蠕變性都有不同程度的提高。具有二維結構的石墨烯由于具有優(yōu)異的性能引起了廣泛關注。石墨烯化學性質穩(wěn)定，具有優(yōu)異的阻隔性能，因此可分散到聚合物防腐材料中形成復合涂層，具有極大的防腐應用潛力。在實際應用中，因分散操作的難易程度，實際使用的是氧化石墨烯。氧化石墨烯的結構中通常含有羥基、羧基等親水基團，因此更易于分散。

氧化石墨烯若通過化學作用尤其交聯(lián)反應分散到聚合物中，不但可以增強復合材料的防腐性能，而且可以增強復合材料的力學性質、熱穩(wěn)定性等。

實驗上可通過鹽霧實驗測試氧化石墨烯-聚合物復合材料的防腐性能，但無法表征氧化石墨烯分散、交聯(lián)等結構特征對防腐性能的影響，而利用計算機模擬手段可彌補這一不足。通過計算機模擬不但可以直觀地觀察氧化石墨烯的分散和交聯(lián)情況，而且可以定量計算腐蝕介質在氧化石墨烯-聚合物復合材料中的擴散系數，直接用于比較防腐性能的好壞，還可以計算氧化石墨烯-聚合物復合材料的彈性模量等力學性質。利用計算機模擬構建結構模型的方法不但可以節(jié)省實驗成本，而且可以從微觀層面更好地解釋實驗現象和材料性能。

到目前為止，雖有文獻報道氧化石墨烯接枝不同的官能團或長鏈分子的研究，但通過計算機模擬構建氧化石墨烯與聚合物形成復雜交聯(lián)體系結構的研究未見報道。理論上，可以基于第一性原理分子動力學或反應分子動力學方法通過計算機模擬交聯(lián)反應過程從而構建復雜交聯(lián)體系的結構，但是存在模擬時間長、反應度不可控等技術問題。

而本發(fā)明正是為了解決上述復雜交聯(lián)體系結構難以構建、交聯(lián)反應過程模擬時間長、反應度不可控等技術問題而提供的一種計算機模擬構建氧化石墨烯與聚碳化二亞胺交聯(lián)結構的方法，該模擬構建方法，由于采用以指定原子之間的距離為主要變量的“虛擬交聯(lián)反應”技術，因此具有操作簡單、模擬時間短、反應度可控等優(yōu)點，可以獲得比現有技術更好的復雜交聯(lián)結構。

Materials Studio軟件全尺度材料模擬平臺，不僅擁有優(yōu)異的操作界面，快捷實現模型搭建、參數設定以及結果的可視化分析，而且融合多種模擬方法，整合多個功能模塊，實現從電子結構解析到宏觀性能預測的全尺度科學研究，多種應用程序接口以及腳本編寫功能的添加使其能夠更好的滿足各類用戶的研究需求。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了解決上述的復雜交聯(lián)結構模型難以構建、交聯(lián)反應過程模擬時間長、反應度不可控等技術問題而提供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(lián)結構模型的方法，該方法具有操作簡單、模擬時間短、反應度可控的優(yōu)點。

本發(fā)明的技術原理

本發(fā)明主要涉及Materials Studio軟件(以下簡稱MS軟件，版本不限，優(yōu)選8.0及以上版本)中的Visualizer、Forcite、Amorphous Cell模塊和COMPASS分子力場。