class_9_气体在聚合体中扩散的测量.ppt

气体在聚合体中扩散的测量,目的：介绍如何使用力场方法来计算气体在材料中的扩散系数。 模块：Materials Visualizer, Discover, COMPASS, Amorphous Cell,背景 气体在有机溶剂，聚合体或沸石中的扩散率可以通过分子动力学模拟来计算，同时也可以计算气体在材料中的均方位移。这可以让你计算气体的自扩散系数，并进而可以研究全扩散系数。当你进行分子动力学计算的时候，你可以分析温度，压力，密度，渗透尺度和结构对扩散的影响。 简介 在本教程中，你将通过构建一个包括氧和二甲基硅氧烷（PDMS）的无定形晶胞中计算氧气在该聚合物。当构建了晶胞以后，将进行分子动力学模拟并计算氧分子的均方位移。虽然本教程中的时间尺度限制了计算，但还是可以用来熟悉相关的方法。本教程基于Charati 和Stern(1998)年发表的一篇研究气体在硅聚合物中扩散的文章。, 建立初始结构 第一步是构建并优化氧分子和PDMS 聚合物来构建无定形原胞。 从菜单栏中选择Build / Build Polymers / Homopolymer 来显示Homopolymer 对话框。,把库Library改成硅氧烷siloxanes，把重复单元Repeat unit改成二甲基硅化物dimeth_siloxane。,在Homopolymer 对话框中选取Advanced。选上Random ，点击Build。关闭Homopolymer 对话框。 一个名为Polydimeth_siloxane.xsd 的新的3D 自动文档会打开。,在Project Explorer 中，右键点击project root 并选择新的3D Atomistic Document。右键点击3D Atomistic.xsd 并选择重命名。把名字改成Oxygen 并点击回车。,现在可以勾画出氧分子。 激活oxygen.xsd。点击Sketch Atom 按钮，从下拉菜单中选择oxygen。 在3D Viewer上左键单击，然后松开左键，移动鼠标以形成一根键。鼠标移到一定距离，键不能再伸长。 双击左键，完成构建。 把鼠标移到键上面，它会变成浅蓝色， 这时左键点击一下变为双键，O2分子完成构建。 注意，在这些操作中，鼠标状态为 。不能点 。 完成O2分子的构建后，点 ，避免产生新的原子。,你需要对氧分子命名一下，不然，MS Modeling 就会用默认的名字。 在Properties Explorer 中，把Filter 改成Molecule。双击Name，输入oxygen，点击OK。注意核对 ChemicalFormula中是否显示O2。,一个经验力场计算（能量最小化或分子动力学）中花费最大的部分是非键参数的确定（库仑相互作用和范德华力）。涉及力场的计算会用各种方法来计算非键参数，随所研究系统的尺度和类型而变化。不过对范德华力默认的方法是原子级模拟，对库仑相互作用则是Ewald加和模拟。 对某些聚合物，可以用一组原子而不是单个原子来逼近非键参数。这种方法叫作charge groups。本教程中你会从头到尾用到这个方法。这种方法可以在不损害精度的情况下加速计算。 现在聚合体将自动用charge groups 来计算，如果要显示的话，点击Display Style 对话框。 激活Polydimeth_siloxane.xsd 文档。右键点击3D 原子文档，选取Display Style。在Display Style 对话框中，把Color by 选项改成Charge Group。,在优化两个分子的几何结构之前，必须要让Discover 知道用charge goups 来进行非键计算，而不是用默认选项。在Job Control中选My Computer。,现在可以开始优化两个几何结构了。 点击工具条上的Discover 按钮 ，然后从下拉列表中选择Minimizer。激活oxygen.xsd。 点击Discover Minimization 对话框中的Minimize 按钮。,现在任务浏览器显示出来了，并且在Project Explorer 中创建了一个新目录oxygen Disco Min。 当计算完成时，最小化的结构会被存放到这个新目录下。,激活Polydimeth_siloxane.xsd，点击Minimize 按钮。计算结束后最小化的结果被返回到Polydimeth_siloxane Disco Min/Polydimeth_siloxane.xsd 中。 关闭Discover Minimization 对话框。,现在有了两个优化的几何结构。,在File中点击Save Project 。从菜单栏中选择Windows | Close All。在Project Explorer 中打开最小化的结构oxygen Disco Min/oxygen and Polydimeth_siloxane Disco Min/Polydimet