[發明專利]一種聚二甲基硅氧烷的氧氣擴散系數計算方法

有效

• 申請號: 202010124514.3
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111192628B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 王權岱;梁民;惠振文;楊明順;李淑娟;李言
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G16B15/00
• 分類號: G16B15/00
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

1.一種聚二甲基硅氧烷的氧氣擴散系數計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：在分子動力學軟件Materials studio中建立含氫硅油交聯劑及乙烯基封端的PDMS分子結構模型；

步驟2：通過運用軟件中Forcite模塊中的COMPASS力場及Atom-based和Eward方法分別計算范德華和靜電作用，基于系統能量最小化原理，最終實現對構建模型的幾何結構優化；

步驟3：對反應原子進行標記，將含氫硅油交聯劑中Si-H鍵中的Si原子標記為R₁，將乙烯基封端的PDMS中兩個端基的CH₂＝CH-中CH₂內的C原子同時選中標記為R₂；

步驟4：將上述進行優化和標記后的分子模型在Amorphous cell中進行構建，從而得到混合兩種分子模型的周期性立方體晶胞，采用步驟2中同樣的方法對晶胞進行幾何結構優化，得到與實際中最接近的立方體晶胞；

步驟5：根據含氫硅油交聯劑及乙烯基封端的PDMS預聚物加成反應機理，采用編輯的Perl腳本程序實現交聯劑與預聚物中的反應化學鍵的自動加成交聯，得到不同交聯度的分子模型；

步驟6：在上述Perl腳本程序實現了Si原子與烯基C連接成鍵的基礎上，通過進一步處理把C＝C雙鍵轉換成單鍵并加上H原子，最終得到交聯劑與預聚物加成反應后的交聯分子模型；

步驟7：在分子動力學軟件中構建氧氣分子并采用步驟2中同樣的方法進行幾何結構優化，將優化后的氧氣分子模型與交聯分子模型同樣通過Amorphous cell模塊建立含兩種分子模型的周期性立方體晶胞并采用步驟2中同樣的方法進行幾何結構優化，得到與實際中最接近的立方體晶胞；

步驟8：對優化后的晶胞進行NPT系統下的動力學模擬；

步驟9：分子動力學模擬完成后，通過Forcite模塊中的Analysis下的Mean squaredisplacement得出氧氣在晶胞內的均方位移；

步驟10：得到均方位移之后，通過愛因斯坦方程得到氧氣在交聯分子中的擴散系數。

2.根據權利要求1所述的一種聚二甲基硅氧烷的氧氣擴散系數計算方法，其特征在于，步驟2所述的幾何結構優化具體做法為：

在COMPASS立場中，在293K下對分子結構或晶胞結構進行100ps的NPT系統進行動力學模擬，壓強選擇為大氣壓強0.0001Gpa，步長為1fs，優化完成后得到分子結構或均勻的無定型的周期性晶胞。

3.根據權利要求1所述的一種聚二甲基硅氧烷的氧氣擴散系數計算方法，其特征在于，所述步驟5具體步驟為：

步驟5.1：確定含氫硅油交聯劑與乙烯基封端的PDMS預聚物的反應機理；

步驟5.2：確定固化交聯溫度、截斷半徑的范圍、初始的截斷半徑R_n與最大截斷半徑R_max；

步驟5.3：計算模型中R₁與R₂的距離，并將其與R_n進行比較，如果兩原子間的距離小于R_n，則該晶胞中反應化學鍵中的反應原子進行如下交聯：

步驟5.3.1：R₁與R₂進行交聯；

每生成一次交聯鍵，對新模型進行NPT的動力學平衡；

步驟5.3.2：令R_n＝R_n+1，重復步驟5.3，直至R_nR_max，此時分子間的交聯過程結束，得到交聯度不同的含氫硅油交聯劑與乙烯基封端的PDMS預聚物分子模型。

4.根據權利要求3所述的一種聚二甲基硅氧烷的氧氣擴散系數計算方法，其特征在于，所述步驟5.1中確定的含氫硅油交聯劑與乙烯基封端PDMS預聚物的反應機理為：

含氫硅油中的Si-H鍵在含鉑催化劑下與乙烯基封端PDMS預聚物的乙烯基CH2＝CH-中CH2內的C原子進行硅氫加成反應，重復該過程，直至生成有機硅接枝共聚物。