一种在介观尺度上搭建T形、π形和燕尾形三组分双亲分子粗粒化模型的方法
【专利摘要】本发明公开了一种在介观尺度上构建T形、π形和燕尾形三组分双亲分子粗粒化模型的方法，包括如下步骤：1.粗粒化模型中主链的构建工作；2.粗粒化模型中侧链甚至支链的构建工作；3.施加周期性边界条件；4.在模拟体系中，重复堆垛双亲分子直至体系密度达到3.0。通过该方法，可以搭建具有特殊拓扑结构的三组分双亲分子的模拟初态，为进一步实现自组装过程打下基础。
【专利说明】-种在介观尺度上搭建T形、π形和燕尾形三组分双亲分 子粗粒化模型的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算机【技术领域】，具体涉及一种在介观尺度上搭建Τ形、π形和燕尾 形三组分双亲分子粗粒化模型的方法。
【背景技术】
[0002] 所谓三组分双亲分子是由不同化学组成的尾链、棒状液晶基元、侧链甚至支链构 成的。具有非线性拓扑结构的三组分双亲分子，如Τ形、π形、燕尾形等，属于新型的功能 性非线性双亲分子，由于其新型的自组装结构和广泛的工业用途，如显示器可控激光、灵敏 流体以及半导体吸引了广泛的关注。在这些液晶体系中，熵不相容性以及化学键合约束的 协同效应，以及棒状液晶基元之间的各向异性相互作用和构象熵不匹配的耦合作用可以显 著提高介观尺度相结构的复杂性和多变性。尽管实验上发现了三组分双亲分子一系列丰富 的自组装超分子结构，但结构的表征仅局限于X射线衍结果和投射电镜图案，分子级别的 即时形貌表征很难利用现有的实验手段观察到。计算机模拟作为实验的补充研究工具，在 学习该体系自组装行为方面具有重要应用价值。
[0003] 经典的计算机模拟方法关注微观尺度的原子细节，但三组分双亲分子属于液晶 范畴，其自组装行为发生在介观尺度，因此包含所有结构细节的全原子模型显然不能够满 足观察自组装行为的要求。因此，我们采用耗散粒子动力学方法（Dissipative Particle Dynamics，DPD)，可以把微观尺度上的几个分子甚至是高分子链中的若干个片段粗粒化成 DH)模型中的一个粒子，这样既能够体现三组分双亲分子的复杂拓扑结构，也能区别不同化 学结构的分子组分，同时可以利用成功构建的粗粒化模型进一步探索和讨论介观尺度上的 物理问题，如自组装和微相分离等。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种在介观尺度上搭建T形、π形和燕尾形三 组分双亲分子粗粒化模型的方法。可以利用成功构建的粗粒化模型进一步探索和讨论介观 尺度上的物理问题，如自组装和微相分离等
[0005] 本发明采用的技术方案是提供一种在介观尺度上搭建Τ形、π形和燕尾形三组分 双亲分子粗粒化模型的方法，包括如下步骤：
[0006] 1)在模拟体系中任选一点作为起始原点，代表粗粒化模型主链的端基粒子，沿Ζ 轴正方向以粒子质心间平衡距离（〇. 7)为间距搭建主链，搭建工作完成后赋予代表液晶基 元和尾链的粗粒化粒子不同的属性以区分不同化学结构的分子组分；
[0007] 2)具有特殊拓扑结构的三组分双亲分子侧链部分的搭建要视情况而定，
[0008] a)对于Τ形分子，首先要找到主链中间位置的接枝粒子，沿Υ轴正方向以粒子质心 间平衡距离（〇. 7)为间距搭建侧链，直至侧链末端粒子出现。然后赋予侧链不同于其他两 种组分的粒子属性。
[0009] b)对于π形分子，首先找到位于主链中代表棒状液晶基元的一端接枝粒子，沿Y 轴正方向以粒子质心间平衡距离（〇. 7)为间距搭建其中一条侧链，然后找到棒状液晶基元 的另一端接枝粒子，同样沿Υ轴正方向以粒子质心间平衡距离（〇. 7)为间距搭建另一条侧 链，搭建完成后赋予侧链不同于其他两种分子组分的粒子属性。
[0010] c)对于燕尾形分子，侧链的搭建方法与b中π形分子完全一致，首先找到位于主 链中代表棒状液晶基元的一端接枝粒子，沿Υ轴正方向以粒子质心间平衡距离（0.7)为间 距搭建其中一条侧链直至侧链末端粒子出现。然后找到棒状液晶基元的另一端接枝粒子， 同样沿Υ轴正方向以粒子质心间平衡距离（〇. 7)为间距搭建另一条侧链，直至侧链末端粒 子出现。搭建完成后赋予侧链粒子不同于其他两种分子组分的粒子属性。
[0011] 支链的搭建方法是，首先找到位于棒状液晶单元头部的侧链，然后找到侧链上倒 数第（η+1)个接枝粒子，沿Ζ轴负方向以粒子质心间平衡距离（0.7)为间距搭建支链至第η 个粒子。然后找到位于棒状液晶单元尾部的侧链，然后找到侧链上倒数第（η+1)个接枝粒 子，沿Ζ轴正方向以粒子质心间平衡距离（0. 7)为间距搭建另一条支链至第η个粒子。赋 予所有支链粒子与侧链相同的粒子属性。
[0012] 3)在模型构建过程中，所有的粒子满足周期性边界条件；
[0013] 4)重复以上过程直至体系密度达到3. 0。
[0014] 本发明的效果是提供了一种在介观尺度上搭建Τ形、π形和燕尾形三组分双亲分 子粗粒化模型的方法，可以利用成功构建的粗粒化模型进一步探索和讨论介观尺度上的物 理问题，如自组装和微相分离等.
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是尾链为1个粗粒化粒子，液晶单元为3个粗粒化粒子，侧链为3个粗粒化粒 子的Τ形三组分双亲分子的粗粒化模型。
[0016] 图2是尾链为1个粗粒化粒子，液晶单元为3个粗粒化粒子，两条侧链分别为3个 粗粒化粒子的η形三组分双亲分子的粗粒化模型。
[0017] 图3是尾链为1个粗粒化粒子，液晶单元为3个粗粒化粒子，两条侧链分别为4个 粗粒化粒子、两条支链分别为2个粗粒化粒子的燕尾形三组分双亲分子的粗粒化模型。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图及实施例对本发明进一步加以说明。
[0019] 实施例1
[0020] Τ形三组分双亲分子粗粒化模型C1R3L3的构建
[0021] 1)主链的搭建：在模拟体系中任选一点作为起始原点，代表粗粒化模型主链的端 基粒子C1，沿Ζ轴正方向以粒子质心间平衡距离（0. 7)为间距搭建主链直至C5粒子出现， 然后赋予代表液晶基元和尾链的C粒子和R粒子不同的属性；
[0022] 2)侧链的搭建：首先找到主链中间位置的接枝粒子R3,沿Υ轴正方向以粒子质心 间平衡距离（〇. 7)为间距搭建侧链，直至侧链末端粒子L8出现。然后赋予侧链不同于其他 两种组分的粒子属性。
[0023] 3)对所有的粒子施加周期性边界条件；
[0024] 4)重复以上过程直至体系密度达到3. 0。
[0025] 实施例2
[0026] π形三组分双亲分子粗粒化模型C1R3L3的构建
[0027] 1)主链的搭建：在模拟体系中任选一点作为起始原点，代表粗粒化模型主链的端 基粒子C1，沿Z轴正方向以粒子质心间平衡距离（0. 7)为间距搭建主链直至C5粒子出现， 然后赋予代表液晶基元和尾链的C粒子和R粒子不同的属性；
[0028] 2)侧链的搭建：首先找到位于主链中代表棒状液晶基元的一端接枝粒子R2,沿Y 轴正方向以粒子质心间平衡距离（〇. 7)为间距搭建其中一条侧链直至侧链末端粒子L8出 现。然后找到棒状液晶基元的另一端接枝粒子R4,同样沿Y轴正方向以粒子质心间平衡距 离（0. 7)为间距搭建另一条侧链，直至侧链末端粒子L11出现。搭建完成后赋予侧链L粒 子不同于其他两种分子组分的粒子属性。
[0029] 3)对所有的粒子施加周期性边界条件；
[0030] 4)重复以上过程直至体系密度达到3. 0。
[0031] 实施例3
[0032] 燕尾形三组分双亲分子粗粒化模型C1R3L4L' 2的构建
[0033] 1)主链的搭建：在模拟体系中任选一点作为起始原点，代表粗粒化模型主链的端 基粒子C1，沿Z轴正方向以粒子质心间平衡距离（0. 7)为间距搭建主链直至C5粒子出现， 然后赋予代表液晶基元和尾链的C粒子和R粒子不同的属性；
[0034] 2)侧链的搭建：首先找到位于主链中代表棒状液晶基元的一端接枝粒子R2,沿Y 轴正方向以粒子质心间平衡距离（〇. 7)为间距搭建其中一条侧链直至侧链末端粒子L8出 现。然后找到棒状液晶基元的另一端接枝粒子R4,同样沿Y轴正方向以粒子质心间平衡距 离（0. 7)为间距搭建另一条侧链，直至侧链末端粒子L11出现。搭建完成后赋予侧链L粒 子不同于其他两种分子组分的粒子属性。
[0035] 支链的搭建：首先找到位于棒状液晶单元头部的侧链，然后找到侧链上倒数第3 个接枝粒子L7,沿Z轴负方向以粒子质心间平衡距离（0. 7)为间距搭建支链至第2个粒子 L11出现。然后找到位于棒状液晶单元尾部的侧链，然后找到侧链上倒数第3个接枝粒子 L13,沿Z轴正方向以粒子质心间平衡距离（0. 7)为间距搭建另一条支链至第2个粒子L16。 赋予所有支链粒子与侧链相同的粒子属性。
[0036] 3)对所有的粒子施加周期性边界条件；
[0037] 4)重复以上过程直至体系密度达到3. 0。
【权利要求】
1. 一种在介观尺度上构建T形、π形和燕尾形三组分双亲分子粗粒化模型的方法，包 括如下步骤： 1) 单个分子中主链的构建工作； 2) 单个分子中侧链甚至之间的构建工作； 3) 施加周期边界条件； 4) 在模拟体系中，重复堆垛双亲分子直至体系密度达到3. 0。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征是：尾链为1个粗粒化粒子，液晶单元为3个粗 粒化粒子，侧链为3个粗粒化粒子的Τ形三组分双亲分子的粗粒化模型。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征是：尾链为1个粗粒化粒子，液晶单元为3个粗 粒化粒子，两条侧链分别为3个粗粒化粒子的π形三组分双亲分子的粗粒化模型。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征是：尾链为1个粗粒化粒子，液晶单元为3个粗 粒化粒子，两条侧链分别为3个粗粒化粒子、两条支链分别为2个粗粒化粒子的燕尾形三组 分双亲分子的粗粒化模型。
【文档编号】G06F17/50GK104156495SQ201310180117
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年5月15日 优先权日:2013年5月15日
【发明者】刘晓晗, 郭洪霞 申请人:中国科学院化学研究所