一种模拟线性聚合物结晶的方法【
技术领域：
】[0001]本发明属于高分子材料
技术领域：
，更具体地说，涉及一种计算机模拟线性聚合物结晶的方法。【
背景技术：
】[0002]聚合物的结晶一直是多年来研宄的热点问题，现在已经有较成熟的理论，但仍然有些结晶机制问题存在争议。多年来，聚合物的结晶大多使用用热台进行结晶。利用小角X射线衍射和广角X射线衍射，FTIR，DSC等测定聚合物结晶的结构，有一定的局限性：一，不能实时观测整个聚合物结晶过程并同时获得聚合物晶体的结构信息；二，现在的结构测定方法得到的结晶结构信息并不能完全呈现聚合物的结晶行为，一些微观尺度上的结晶行为比如分子链从无序到有序的排列过程不能得到揭示。此时计算机仿真技术给我们提供了一种新的途径，有助于协助我们了解其复杂的行为，在分子链的水平上探寻聚合物结晶过程。现在使用的仿真技术主要有两种方法：分子动力学方法（MD)和蒙特卡罗方法（MC)。本发明主要采用分子动力学仿真的方法，进行相关模拟。[0003]分子动力学（MolecularDynamics，MD)方法是一种依靠牛顿经典力学来模拟分子体系的运动的方法，由于它能够对原子在三维空间内的运动轨迹和演变过程进行精确地描述，有助于我们了解运动过程中材料内部的结构变化。分子动力学模拟具有以下优势，可以帮助理解结晶过程。一，通过模拟得到粒子的运动轨迹，能获得在实验中不能得到的单链的信息如原子坐标位置，均方末端距等；二，可以方便地通过改变参数模拟不同复杂程度的模型；三，通过模拟我们可以得到实时的分子链信息；第四，通过分子动力学模拟可对结晶过程进行实时量化分析。[0004]分子动力学方法现在在材料领域，医学领域等已经有了广泛应用。由于高分子材料本身的结构复杂，分子量比较大，常常采用粗粒化模型，在聚合物模拟中，粗粒化模型将亚甲基看作一个微球，忽略了氢原子及碳氢键，从而减小了建模难度和模拟运行时间，此种模型又被称为珠链模型。【
发明内容】[0005]本发明的目的在于提供一种模拟线性聚合物结晶的方法，进而弥补传统实验方法在研宄聚合物结晶过程的不足。传统的研宄方法X射线衍射，DSC，FTIR等，无法揭示分子链水平上的聚合物结晶行为，计算机模拟仿真的方法可以克服以上不足，为研宄聚合物的结晶过程提供一种新的途径。本发明利用计算机模拟技术研宄不同体系线性聚合物的微观结晶过程。[0006]本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：[0007]一种模拟线性聚合物结晶的方法，建立聚合物模型并进行模拟结晶，按照下述步骤进行：[0008]步骤1，建立聚合物粗粒化模型，粒子位置由无规漫步产生，粒子初速度为零，键长为0.26nm，键角使用tablespline，所有数据采用LJ简化单位；[0009]步骤2,对聚合物模型进行相应力场的设置：分子间作用力采用LJ-96势，键长、键角、采用相应能量势；[0010]步骤3,对模型进行相应的初始设定：周期性边界条件，NPT系综，速度-Verlet积分算法，Nose-Hoover温度控制法，Andersen等压控制法；[0011]步骤4,对模型依次进行T*=0.1时下平衡，T*=0.1到T*=1.6的升温NPT运动，T*=1.6的NPT平衡运动，T*=1.6到T实验温度下T*=0.4的降温NPT运动，T*=0.4的NPT平衡运动，输出所有平衡运动过程中的各种能量，原子坐标，温度等数据[0012]具体说明如下：[0013]本发明所建立的聚合物模型均为单分散、粗粒化的，采用无规漫步的方法生成粒子的三维坐标，从而达到定义粒子位置的目的，模型中采用周期性边界条件，定义键长为0.26nm，粒子初速度设定为零。[0014]对建立的聚合物模型进行力场设定，分子间作用力采用L-J势，键长、键角、采用相应能量势。具体力场设定公式如下，其中r。表示截断力场，ε,Kb表示力场参数。【主权项】1.一种模拟线性聚合物结晶的方法，其特征在于，建立聚合物模型并进行模拟结晶，按照下述步骤进行：步骤1，建立聚合物粗粒化模型，粒子位置由无规漫步产生，粒子初速度为零，键长为0.26nm，键角使用tablespline，所有数据采用LJ简化单位；步骤2,对聚合物模型进行相应力场的设置：分子间作用力采用LJ-96势，键长、键角、采用相应能量势；步骤3,对模型进行相应的初始设定为周期性边界条件，四次平衡设定为NPT系综，数据积分算法设定为速度-verlet算法，温度控制方法采用Nose-Hoove等温控制法，压力控制方法采用Andersen等压控制法；步骤4,对模型依次进行T*=0.1时下平衡，T*=0.1到T*=1.6的升温NPT运动，T*=1.6的NPT平衡运动，T*=1.6到T实验温度下T*=0.4的降温NPT运动，T*=0.4的NPT平衡运动，输出所有平衡运动过程中的各种能量，原子坐标，温度等数据。2.根据权利要求1所述的一种模拟线性聚合物结晶的方法，其特征在于，力场设定公式如下：其中r。表示截断力场，〇，ε，Kb表示力场参数，Ebmd为键合能量，E__bmd为非键合能量即范德华力。【专利摘要】本发明公开一种模拟线性聚合物结晶的方法，建立聚合物模型并进行模拟结晶，建立聚合物粗粒化模型，设定粒子位置、粒子初速度、键长和键角；对聚合物模型进行相应力场的设置：分子间作用力采用LJ-96势，键长、键角、采用相应能量势；对模型进行相应的初始设定周期性边界条件；对模型依次进行T*＝0.1时下平衡，T*＝0.1到T*＝1.6的升温NPT运动，T*＝1.6的NPT平衡运动，T*＝1.6到T实验温度下T*＝0.4的降温NPT运动，T*＝0.4的NPT平衡运动。本发明的计算机模拟仿真方法，克服了传统观实验方法的不足，可以进行整体、实时观察，结果表明，计算机模拟的数据能够与传统实验数据很好地吻合。【IPC分类】G06F19-12【公开号】CN104657625【申请号】CN201510064990【发明人】徐欢,尚英瑞,蒋世春【申请人】天津大学【公开日】2015年5月27日【申请日】2015年2月9日