一种基于分子动力学模拟的环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型构建方法与流程

：本发明设计一种环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型构建方法，特别涉及环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型在分子动力学模拟中的构建，属于建筑领域。

背景技术

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背景技术：

1、磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，组分十分复杂，产量巨大。目前，我国磷石膏堆存量已超过7亿吨，产量主要集中在长江经济带，大量的磷石膏都随意堆放在土地上，不仅占用大量土地，还会造成水体富营养化，对环境污染极大。因此，如何对废弃磷石膏进行合理再利用成为目前的热点问题。其中，将废弃磷石膏应用于道路建设是一个有效再利用方式，不仅有助于减少矿石的开采，同时还能够将废弃的工业副产品磷石膏转化为有益的资源，对环境保护造成积极影响。但由于磷石膏强度低、遇水流动和力学性能差等特点，无法直接使用。为了提高磷石膏的各项性能，需要利用环氧齐聚物等固化剂对磷石膏进行固化处理。环氧齐聚物是一种高性能的聚合物，具有优异的粘接、耐腐蚀、耐磨损等性能，在土壤固化领域具有广泛的应用。此外，环氧齐聚物可用于固化含有有害物质的土壤，减少污染物的渗透和扩散。因此，可利用环氧齐聚物对磷石膏进行固化处理。环氧齐聚物固化磷石膏的宏观性能通常由其纳观结构所决定，但目前环氧齐聚物固化磷石膏领域中的纳观尺度相关研究较少，固化机理尚不明确。分子动力学模拟是当今研究纳观尺度材料形成机理的有效手段，可以从纳观尺度揭示环氧齐聚物与磷石膏的固化机理。其中，构建环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型是研究其固化机理的基础。本发明提供了环氧齐聚物与磷石膏界面分子模型的构建方法，具有普适性，为揭示材料界面间的作用机理提供理论依据。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、为了在纳观尺度上探明环氧齐聚物与磷石膏的固化机理，本发明提出了一种环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型构建方法。掺杂主要元素p的分子界面模型构建方法更能体现磷石膏自身的材料性质，模拟计算结果更加可靠，同时，为今后磷石膏复合材料的纳观尺度机理研究提供指导。

2、本发明提出一种环氧齐聚物与磷石膏的分子界面模型构建方法，通过构建掺杂p元素的磷石膏来增强模拟的准确性，包括以下步骤：

3、步骤1.在findlt晶体数据库中选取成分为caso4·2h2o的石膏单斜晶系单晶胞模型，并导出相应结构的caso4·2h2o.cif文件；

4、步骤2.在materials studio软件中，利用石膏单斜晶系单晶胞结构cif文件生成caso4·2h2o.xsd文件；采用redefine lattice工具，对石膏单晶胞分子模型进行正交化处理，再进行2×1×4扩胞，得到石膏的超晶胞分子模型；

5、步骤3.用p元素替换石膏超晶胞分子模型中某一个so42-中的s元素，使其成为po43-，且p原子含量为超晶胞分子模型总含量的1.13％，构建磷石膏晶体结构分子模型；

6、步骤4.对磷石膏晶体结构分子模型进行(0 1 0)晶面切割，创建高度为的真空层，再进行3×4×1扩胞处理，设定周期性边界条件，构建磷石膏晶体结构分子动力学模拟盒子；

7、步骤5.在materials studio软件的visualizer模块中，绘制环氧齐聚物单体中不同的重复单元，利用build polymers工具，设定重复单元的头部和尾部原子，通过头尾原子相连构建共聚物，进行几何优化处理，构建环氧齐聚物分子模型；

8、步骤6.将环氧齐聚物分子模型置于磷石膏分子动力学模拟盒子内。环氧齐聚物置于磷石膏界面上方至少处，避免陷入单个势阱，构建环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型；

9、步骤7.对该界面分子模型进行几何优化和动力学模拟，得到了优化后的环氧齐聚物与磷石膏界面分子模型。

技术特征：

1.一种基于分子动力学模拟的环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型构建方法，其特征在于环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型构建方法按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的基于分子动力学模拟的环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型构建方法，其特征在于：对磷石膏晶体结构分子模型进行正交化处理。

3.根据权利要求1所述的基于分子动力学模拟的环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型构建方法，其特征在于：用p元素替换了so42-中的s元素，形成po43-，得到了掺杂p元素的磷石膏晶体结构分子模型，磷元素的含量为总含量的1.13％。

4.根据权利要求1所述的基于分子动力学模拟的环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型构建方法，其特征在于：对磷石膏晶体结构分子模型进行(0 1 0)晶面切割，并创建高度为的真空层。

5.根据权利要求1所述的基于分子动力学模拟的环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型构建方法，其特征在于：环氧齐聚物分子模型置于磷石膏晶体结构分子模型表面上方至少处。

技术总结
本专利提供一种基于分子动力学模拟的环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型构建方法，涉及聚合物分子模型以及磷石膏晶体模型的构建，该方法包括以下步骤：a)构建磷石膏晶体结构分子模型；b)构建磷石膏晶体结构分子动力学模拟盒子；c)构建环氧齐聚物分子模型；d)构建环氧齐聚物与磷石膏界面的分子模型。可有效解决环氧齐聚物固化剂配置难、固化剂固化效果预测难的问题，通过构建环氧齐聚物与磷石膏界面分子模型，模拟出固化剂分子结构变化对固化效果的影响。

技术研发人员：沈德建,汪鑫,陶思婕,蔡莉莉,吴春颖,刘瑞鑫
受保护的技术使用者：苏交科集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29