材料的折射指数计算的制作方法

背景技术：

1、从头开始计算材料的折射性质，例如双折射，通常应用于纯化合物。通常，使用“有序参数”并且必须考虑此类计算的分子各向异性。有序参数的值通常是由有经验的人提供的猜测，或至多由实验结果确定。然而，提供有序参数的实验结果仅可用于有限数量的纯化合物。

技术实现思路

1、因此，需要可靠的、基于第一原理的功能来估计有序参数和分子各向异性。一个此类实施例通过以下提供该功能：(i)构建化合物的三维结构；(ii)构建向列相结构；(iii)执行分子动力学模拟以平衡构建的向列相结构；(iv)分析向列相的结构，例如单独分子与空间轴线之间的角；以及(v)根据角确定有序参数。

2、另外，需要针对纯化合物和混合物的双折射性质对其进行筛选的功能。实施例提供此类功能。一个示例实施例涉及一种在不存在实验数据的情况下从第一原理模拟技术中筛选先验材料的方法。

3、在不存在实验数据的情况下，实施例可以用于材料，例如液晶材料的三维(3d)原子建模和模拟。在其它实例中，实施例适用于形成有序结构的纯化合物或有机分子的混合物。进一步地，在其它实例中，实施例可以自动预测折射指数，以便设计用于光学显示器(例如，用于电话、计算机、电视屏幕、平板和其它电子装置的显示器)、滤光器、智能膜/涂层和透镜的材料。因此，实施例使得能够以有效方式设计此类产品。

4、实施例可以用于检查有机分子。另外地，在其它实例中，实施例可以使用相关或基于机器学习的方法通过从单体和低聚分子外推到聚合物系统来确定聚合物系统的折射性质。

5、实施例涉及一种用于计算材料，例如液晶混合物的双折射的计算方法。在实施例中，对于每种纯组件，产生分子的不同构象异构体的倾斜结构。对于这些结构中的每一个，计算极化率并且基于计算的极化率确定双折射。对于每种化合物，计算不同构象和取向的寻常和非寻常折射指数的平均值，例如加权平均值。在实施例中，根据混合物的组成对混合物的化合物的寻常和非寻常指数进行加权。为了确定倾斜角，实施例例如使用materials来构建向列相。继而，进行分子动力学模拟并根据所得轨迹确定每种化合物的平均倾斜角。在其它实例中，不同的构象可以通过系统构象异构体搜索、从分子动力学模拟获得，或者手动产生。

6、另一个实施例涉及一种用于计算材料的双折射的计算机实施的方法。所述方法开始于构建形成材料的一种或多种化合物的一个或多个三维结构模型。然后，对于构建的一个或多个三维结构模型中的每一个：(i)沿着分子轴线对准所述三维结构模型；(ii)设置对准的三维结构模型的一个或多个倾斜角；以及(iii)使用具有设置的一个或多个倾斜角的所述对准的三维结构模型，计算具有所述设置的一个或多个倾斜角的所述对准的三维结构模型的分子极化率张量。继而，基于计算的分子极化率张量来计算所述材料的双折射。

7、实施例可以用于确定不同材料的双折射。例如，在实施例中，所述材料(确定其双折射)是液晶混合物、基于有机分子的材料、基于有机分子的纯化合物或有机分子的混合物。

8、实施例通过首先构建形成所述材料的所述一种或多种化合物的一个或多个初始三维结构模型来构建所述一种或多种化合物的所述一个或多个三维结构模型。此类实施例然后基于构建的一个或多个初始三维结构模型来执行构象搜索以产生所述一种或多种化合物中的每一种的构象异构体的三维结构模型的相应集合。继而，对于每个产生的构象异构体的三维结构模型的集合，从所述产生的构象异构体的三维结构模型的集合中选择构象异构体的子集。此类实施例将(i)所述一个或多个初始三维结构模型和(ii)与每个所选择的构象异构体的子集相对应的构象异构体的三维结构模型设置为形成所述材料的所述一种或多种化合物的所述构建的一个或多个三维结构模型。在一个此类实施例中，选择构象异构体的子集包括选择低能构象异构体、中能构象异构体和高能构象异构体。进一步地，在又另一个实施例中，执行构象搜索包括以下中的至少一项：(i)执行系统构象搜索；(ii)执行构象采样的分子动力学模拟；以及(iii)接收选择一个或多个期望的构象异构体的用户输入。

9、实施例通过首先构建所述材料的三维本体结构模型，以及其次使用构建的三维本体结构模型在一个或多个温度下执行分子动力学模拟来执行构象采样的上述分子动力学模拟。执行所述分子动力学模拟创建轨迹。根据所述轨迹，从所述三维本体结构模型中选择所述一种或多种化合物的单独分子。继而，基于所选择的单独分子的几何形状优化来计算所选择的每个单独分子的相应能量。统计地分析每个单独分子的确定的相应能量以界定所述一种或多种化合物中的每一种的能量范围并且将所述一种或多种化合物的每个界定的能量范围划分为子范围箱。将所述一种或多种化合物的构象异构体的三维结构模型的每个相应集合中的每个构象异构体分配到所述子范围箱的给定能量箱。确定每个子范围箱中的构象异构体的数量，并且基于每个子范围箱中的构象异构体的确定的数量，鉴定每个所选择的构象异构体的子集。进一步地，此类实施例可以对每个所选择的构象异构体的子集中的每个构象异构体的重要性进行加权。

10、根据实施例，设置所述一个或多个倾斜角包括以下中的至少一项：系统地改变所述一个或多个倾斜角；以及根据分子动力学模拟自动地确定所述一个或多个倾斜角。在另一个实施例中，设置所述对准的三维结构模型的一个或多个倾斜角包括构建由所述一种或多种化合物形成的所述材料的向列相结构以及几何地优化构建的向列相结构。继而，对在一个或多个温度下平衡的经几何优化的向列相结构执行分子动力学模拟。在此类实施例中，通过分析对在所述一个或多个温度下平衡的所述经几何优化的向列相结构执行所述分子动力学模拟的结果来确定每个分子的分子轴线与空间轴线之间的所述一个或多个倾斜角。在一个此类实施例中，通过统计地分析确定的一个或多个倾斜角以选择倾斜角的子集来确定所述一个或多个倾斜角。根据实施例，统计地分析所述确定的一个或多个倾斜角包括以下中的至少一项：(i)产生包含在所述向列相结构中的每种化合物的倾斜角分布；(ii)随时间对所述分子动力学模拟的每个倾斜角分布求平均值；以及(iii)如果应用多于一个倾斜角，则推导出所述倾斜角的加权因子。

11、在又另一个实施例中，使用具有所述设置的一个或多个倾斜角的所述对准的三维结构模型计算分子极化率张量包括以下中的至少一项：执行具有所述设置的一个或多个倾斜角的所述对准的三维结构模型的几何形状优化；以及执行振动频率分析以确认具有所述设置的一个或多个倾斜角的所述对准的三维结构模型的局部最小几何形状。

12、在基于计算的分子极化率张量来计算所述材料的双折射时，对于每个计算的分子极化率张量，实施例根据所述计算的分子极化率张量选择相关组件并且使用所选择的相关组件计算寻常折射指数和非寻常折射指数。继而，使用针对每个计算的分子极化率张量计算的所述寻常折射指数和所述非寻常折射指数来计算所述材料的所述双折射。

13、各种操作可以涉及使用针对每个计算的分子极化率张量计算的所述寻常折射指数和所述非寻常折射指数来计算所述双折射。例如，实施例计算所述一种或多种化合物的构象和所述设置的一个或多个倾斜角中的一个倾斜角的所述双折射。在另一个实施例中，在所述一个或多个倾斜角包括多个倾斜角的情况下，计算以下的所述双折射：(i)所述一种或多种化合物的构象和所述多个倾斜角，或(ii)所述一种或多种化合物的多个构象和所述多个倾斜角中的给定倾斜角，或(iii)所述一种或多种化合物的多个构象和所述多个倾斜角。根据又另一个实施例，作为计算所述双折射的一部分，对针对每个计算的分子极化率张量计算的所述寻常折射指数和所述非寻常折射指数求平均值。又另一个实施例对计算的每个寻常折射指数和每个非寻常折射指数的贡献进行加权。

14、实施例确定所述构建的一个或多个三维结构模型中的每一个的相应纵横比，并且对于每个计算的分子极化率张量，使用所述所选择的相关组件和确定的相应纵横比来计算所述寻常折射指数和所述非寻常折射指数。

15、所述方法的另一个实施例计算所述材料的密度。一个此类实施例通过执行所述材料的分子动力学模拟以确定轨迹并分析所述轨迹和/或执行基于机器学习的分析以预测所述材料的密度来计算所述材料的密度。

16、实施例可以使用确定的双折射来执行另外的分析和真实世界动作。例如，实施例使用确定的双折射模拟所述材料。在其它实例中，模拟可以确定真实世界使用案例中材料的行为。基于所述模拟(和其结果)，另一个实施例确定使用所述材料的真实世界对象的设计。根据实施例，在其它实例中，所述真实世界对象是光学显示器、滤光器、膜、涂层或透镜。另一个实施例迭代所述构建、对准、设置、计算分子极化率张量，计算双折射，以及模拟多种候选材料中的每一种。然后，基于所述模拟的结果，此类实施例从所述候选材料中选择给定材料。

17、又另一个实施例涉及一种计算材料的双折射的系统。所述系统包含处理器和存储器，所述存储器具有存储于其上的计算机代码指令。在此类实施例中，处理器和具有计算机代码指令的存储器被配置成使系统实施本文所描述的任何实施例或实施例的组合。

18、另一个实施例涉及一种用于计算材料的双折射的云计算实施方案。此类实施例涉及一种由通过网络与一个或多个客户端通信的服务器执行的计算机程序产品，其中所述计算机程序产品包括指令，当所述指令由一个或多个处理器执行时使所述一个或多个处理器实施本文所描述的任何实施例或实施例的组合。

19、应当注意，所述方法、系统和计算机程序产品的实施例可以被配置成实施本文所描述的任何实施例或实施例的组合。