[發明專利]一種用分子動力學模擬誘導聚合物鏈取向結晶以及拉伸力學破壞的方法

在審

• 申請號: 202011366127.7
• 申請日: 2020-11-29
• 公開（公告）號: CN112270961A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 何雪蓮;王潔琦;曹怡然
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用分子動力學模擬拉伸誘導聚合物鏈結晶的方法，其特征在于，建立聚合物模型并進行模擬拉伸結晶，按照下述步驟進行：

步驟1，建立聚合物聯合原子模型，得到聚合物初始坐標、鍵長和鍵角參數；

步驟2，對模型設置合適的對應力場，其中體系勢能包括如下四個方面，鍵伸縮能（E_stretch）、鍵角彎曲能（E_bend）、二面角扭轉能（E_torsion）和范德華相互作用能（E_vdW）；

步驟3，對模型設定相應的周期性邊界條件，且所有的原子運動方程采用Verlet速度算法，用標準Nosé-Hoover系綜保持體系的溫度穩定，采用標準的Parrinello-Rahman系綜保持體系的壓力恒定；

步驟4，用GROMACS軟件對模型依次進行體系能量最小化、溫度平衡NVT、壓力平衡NPT和T* = 8.0降至3.0拉伸（固定拉力）結晶四個階段，確保體系接近真實的溫度和壓力，輸出所有原子的坐標、能量等數據，觀察結晶情況并分析；

步驟5，將降溫結晶后的模型導入LAMMPS軟件，在不同的溫度及形變速率下對體系進行拉伸，輸出體系中所有原子的坐標、應力、應變和能量等數據，觀察形變過程中的構象變化，并分析應力和應變隨溫度和拉伸速率的變化。

2.根據權利要求1所述的一種用分子動力學模擬拉伸誘導聚合物鏈結晶的方法，其特征在于，力場設定公式如下：

（1）鍵伸縮能E_stretch

分子中互相成鍵的原子形成的化學鍵的鍵長并非是固定不變的，而是在其平衡位置附近呈現小幅度的震蕩，描述這種作用的勢能稱為鍵伸縮能E_stretch：

其中，k_d是鍵伸縮能常數（k_d = 292880 kJ/nm² mol），d_i是兩個相連CH₂單元i-1和i之間的鏈長，d₀是兩個相連CH₂單元之間的平衡長度（d₀ = 0.153 nm）；

（2）鍵角彎曲能E_bend

分子中連續鍵接的三個原子形成鍵角，同鍵伸縮項一樣，其并非維持在固定值，而是在其平衡值附近小幅度震蕩，描述此種作用的勢能為鍵角彎曲能E_bend：

其中，k_θ是鍵角彎曲能常數（k_θ= 418.4 kJ/deg² mol），θ_i是三個連續CH₂單元i-2，i-1和i之間的鍵角，θ₀是三個相連CH₂單元之間的平衡鍵角（θ₀ = 109.471 deg）

（3）二面角扭轉能E_torsion

分子中連續成鍵的四個原子形成二面角，描述此種內扭轉的勢能為二面角扭轉能E_torsion：

其中，k_?是二面角扭轉能常數（k_? = 8.374 kJ/mol），?_i是四個連續CH₂單元i-3，i-2，i-1和i的二面角角度；

（4）范德華相互作用能E_vdW

在分子力場中，如果i、j兩原子屬于同一個分子，但其之間被三個或者三個以上的化學鍵所分隔開，或分屬于兩個不同的分子，那么i、j原子間存在范德華相互作用能E_vdW：

其中，ε和σ 是范德華相互作用參數（ε = 0.8301 kJ/mol, σ = 0.36239 nm），r_ij是兩個非鍵CH₂單元之間的距離。