分子模拟【Molecular Simulation】技术在高分子科学中应用课件.ppt

Al2O3（0 1 2）的能量最小化的结构 3. 增大表面面积并改变周期性 增大表面面积 改变周期性 4. 聚合物建模 聚对硝基苯乙烯 使用Amorphous cell模块获得合理构象聚合物分子 构建过程 5. 使用分层模建工具将聚合物加到表面上 6. 运行动力学计算 Discover/Dynamics 7. 计算相互作用能 Einteraction=Etotal-（Esurface + Epolymer） Etotal是表面和聚合物的总能量；Esurface是除去聚合物后表面的能量； Epolymer是除去表面后聚合物的能量 Molecular structure Nanostructure 第四节：分子模拟在高分子研究中的应用 参考网址： / (创腾科技有限公司-materials studio中国的独家代理) /reference/case studies/ (美国ACCELRYS公司) 应用举例: 结晶高分子的模拟 无定形高分子的模拟 聚合物共混体系的模拟 高分子除垢剂设计的模拟 一. 结晶高分子的模拟 高分子晶体的力学性质是高分子晶体材料设计的关键。弹性常数是力学性质的一种度量，长期以来，从实验到理论一直未能得到一套完整的各向异性弹性常数 将分子模拟技术运用到结晶聚合物中，从模拟形变实验可得到全部的弹性常数（拉伸模量、剪切模量、泊松比） 模拟的聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酰对苯二胺 （PPTA）和聚对苯酰胺（PBA）的晶体结构与实验吻合 1. 建立合理的高分子晶格模型 模拟高分子晶体受力形变的示意图 2. 分子力学法模拟高分子晶体的受力形变 聚合物 Ex Ey Ez Gyz Gxz Gxy mzy mzx myx PE 10.7 8.4 279.5 3.7 1.5 8.3 0.215 0.025 0.472 PBA 12.8 60.8 322.3 14.0 0.9 8.9 0.259 0.331 0.872 PPTA 14.9 80.1 335.7 15.4 0.7 5.2 0.199 0.496 0.717 高分子晶体的各向异性弹性常数 3. 绘制应力应变曲线 二. 无定形高分子的模拟 对于非晶形物质而言，要依据其微观结构来预测宏观性质是非常复杂而困难的事情，传统的方法是X射线衍射法 分子模拟技术成为研究大量非晶型聚合物的动态和静态性质的一门新技术。分子模拟方法从定域非晶形结构（即整体的非晶型状态通过运用周期边界条件来模拟，聚合物链包裹在元胞中，元胞在三维空间无限延伸）的统计和动态学研究得出：某些体系的弹性常数可从整个系统应变的势能变化的二阶导数求出 Determination of the Mechanical Properties of Amorphous Polymers Amorphous Cell: 允许你对复杂的无定型体系建立有代表性的模型，并对主要性质进行预测 可以研究的性质有：内聚能密度(CED)、状态方程行为、链堆砌以及局部链运动、末端距和回旋半径、X光或中子散射曲线、扩散系数、红外光谱和偶极相关函数等 a: the chemical formula b: energy minimized molecular model of the monomer 步骤： ① 在一个新的3D文档中，从Build菜单选择Crystal下的Build Crystal 会打开相关的晶体建模对话框。在Space Group栏中，选择Enter Group，输入P3221，并且按下Tab键进行确定。 ② 在Lattice Parameters栏中，在相应的地方可以输入Alpha石英的a和c晶胞参数为a=4.910 c=5.402 ③ 按下Build按钮，一个空的晶胞就会出现在文档中。 2、加入硅原子和氧原子 步骤： ① 从Build菜单中选择Add Atom。 ② 进入Atoms栏中，从Element下拉菜单中选择Si，并输入相应的a, b, c 数据，a=0.480781, b=0.480781, c=0.0。Si原子和其对称原子加入到晶胞内。 ③ 同样的，可以加入氧原子。氧原子的参数为a=0.150179,b=0.414589, c=0.116499氧原子和其对称原子加入到晶胞内，程序会自动计算并加入相关的键。 六、使用聚合物模建工具 1. 建造均聚物 聚苯乙烯 步 骤： ① 从Build菜单的Build Polymers下选择Homopolymer，弹出均聚物对话框 ② Polymerize栏列出了可以使用的重复单元库，在Library中选择vinyls，然后从相应的Repeat Unit下拉菜单中选择所要的重复单元styrene. ③ 在Chai