建立聚合物及混合.doc

具体步骤：1.建立两个同构均聚物 首先，用聚合物构建功能构建聚苯乙烯和聚丙烯。均聚物对话框如下：在这里，要建立18个重复单元的聚丙烯聚合体。把Repeat unit改为 propylene ，把Chain length改为18 。把Tacticity设为 Syndiotactic 。点击 Build按钮建立聚合体。同时会产生一个名为polypropylene.xsd的3D原子论文件。接下来建立聚苯乙烯聚合体，把Library 改为vinyls，Repeat unit 改为styrene，其他不变，点击Build按钮建立聚合体。同时会产生一个名为Polystyrene.xsd的3D原子论文件。2. 使用Discover进行结构优化当聚合体建立好后，还没有进行结构优化，因此要首先用Discover进行结构的初步优化。在工具栏中选择Discover 模块，然后选择Minimizer 项，或从菜单栏中选Modules | Discover | Minimizer，出现Discover Minimization对话框如下：对话框中Maximun iteration的默认值为5000，而这里我们只需要模拟得到初步的结构，所以不需要那么多步，只需2000就可以。所以把Maximun iteration值改为2000。点击Minimize按钮进行结构优化。结构优化过程中，工作管理器（Job Explorer）提供了工作的基本信息，比如进程。生成的名为Polystyrene Disco Min的文件储存着计算结果。几秒钟后，一个图表文件和一个状态文件会显示出来，读者可以通过它们监视工作进程。当工作完成后，所有结果都储存在名为Disco Min的文件夹中。优化后的结构文件叫做polystyrene.xsd，储存在Polystyrene Disco Min文件夹中polystyrene.out文件储存着结果中所有的能量信息。这项工作做完后，进行另一个聚合体的结构优化。在工程管理器（Project Explorer）中 双击 Polypropylene.xsd文件，在Discover Minimization 对话框中点击 Minimize按钮对聚丙烯进行结构优化。当工作完成后，储存工程后关闭所有窗口，在工具栏的文件下拉菜单中点Save Project 按钮 ，然后进入 Windows | Close All，关闭所有窗口。在Polystyrene Disco Min 文件夹中双击 Polystyrene.xsd，在Polypropylene Disco Min文件夹中双击Polypropylene.xsd，两个文件显示在工作区。3使用Amorphous Cell建立无定形混合体 当建立聚合物时，要把它们结合在同一个无定形单元中。在工具栏中选Amorphous Cell 中的Construction，或在菜单栏中选择Modules | Amorphous Cell | Construction，Amorphous Cell Construction dialog 显示如下：首先，把要定义的聚合体添加在单元中，激活Polystyrene.xsd 在Construct 标签页中的Constituent Molecules 栏点击 Add按钮，激活Polypropylene.xsd点击Add 按钮。在这类计算中，应该构建多个不同的构型来计算，以便获得内聚能密度的平均值，这样会更贴近真实结果，但在指南中只计算一种构型的值，读者有兴趣可以多做几组。Constituent Molecules中默认的聚合物个数为10，本节模拟中不需要那么多，因此要把10改为1。把Number of configurations 的值从 10改为1。接下来要定义无定形聚合物的目标密度，本次模拟中选用的值为0.9，把Target density of final configurations 的值从 1 改为 0.9。密度改变后，晶格参数会自动调整。在进行计算之前还要对计算步骤数目进行修改，翻到Preferences 标签页在 Refinement options 栏中把Dynamics steps改为500。注：在真实模拟中，模拟时间要足够长才能使无定形单元达到平衡。在工程管理器（Project Explorer）中点击工程的根，在Amorphous Cell Construction 对话框中点击 Construct。几秒后，工程管理器中会产生一个名为Polymer AC Constr的文件夹，同时工作管理器会显示工作状态。工作管理器中不仅显示了与工程有关的所有信息，还显示了其他的一些很有用的信息，比如服务器相关信息等，如果需要，还可以通过它使工作停止。4对胞进行分子动力学模拟假设经过以上的模拟，无定形聚合物已经达到很好的平衡，接下来就可以进行结果的计算，计算内聚能密度。在工具栏中选Amorphous Cell 中的Dynamics，或在菜单栏中选择Modules | Amorphous Cell | Dynamics，Amorphous Cell Molecular Dynamics对话框显示如下 把Equilibration time和 Dynamics time的值改为 1.0。翻到Trajectory标签页。轨迹文件可以部分的输出也可以全部输出，部分输出的轨迹文件包含的信息有限，只有与运行有关的信息，不包括如速率、温度等进一步的信息。当进行一项真实模拟时，建议读者先看一下相关的帮助文件，它可以指导你采用哪种方式。在计算内聚能密度时，只需采用部分输出就可以。把Frame output every设为100。这意味着轨迹文件包含10个结构。使Amorphous Cell Construction计算产生的轨迹文件处于激活状态，点击run按钮。当计算完毕后，在菜单栏中选择File | Save Project保存工程。5. 计算内聚能密度当得到轨迹文件后，就可以用Amorphous Cell Analysis计算内聚能密度。在工具栏中选择Amorphous Cell 中的 Analysis或在菜单栏中选择 Modules | Amorphous Cell | Analysis，Amorphous Cell Analysis 对话框显示如下：在对话框的第一部分显示了可以分析的所有项目。打开Energetic 项，选择Cohesive energy density。在这个对话框中，读者可以选择某个结构进行分析，也可以选择所有结构中的合理结构进行分析。分析合理结构时，可以在同一结构中进行多向动力学模拟。在本指南中，要进行的是对合理结构做一项动力学分析。使Amorphous Cell Dynamics模拟得到的轨迹文件处于激活状态，点击Logical trajectory中的Define.，在 Trajectory Specification对话框中点击Add to list。关闭Trajectory Specification对话框。在有些情况下，比如要进行某气体在聚合物中的扩散系数的模拟时，要选择所分析的物体进行模拟，这时，就要把分析对象定义为一个单元，然后选择这个单元，进行模拟。在本指南中，不需要定义任何单元，直接分析就可以。点击Analyze按钮。分析结果储存在Polymer AC Cohesive Energy Density文件夹中。打开polystyrene.out 文件，在菜单栏中选择 Edit | Find. 在 Find what 文本框中键入 Cohesive 点击 Find。文本文件中的平均内聚能密度的单位是cal/m3和 J/m3。内聚能密度是用来定义聚合物的可混合性的物理量。混合能与混合体系的内聚能密度以及所含纯物质的内聚能密度关系如下：其中A和 B分别是混合物中A、B组分所占的体积信息来源：51承压设备论坛 原文链接：/thread-47861-1-1.html利用materials studio建立晶体模型的步骤 2006-11-12 12:26 建立模型是利用materials studio进行任何计算的前提，materials studio可以建立各种材料的结构包括晶体、玻璃、有机物等，下面介绍建立晶体模型的步骤。 1、启动materials studio时会提示：create a new project or open an existing project 在这里选择create a new project，然后会出现的窗口选择new project保存的目录和名称，这里选择默认，默认的保存目录为C:Documents and SettingsyugangMy DocumentsMaterials Studio Projects，project名称为untitled； 2、在project窗口内，untitled右键new/3D atomistic Document.xsd，以建立保存材料结构模型的文件，在所打开的文件窗口可以建立、编辑所建立的各种模型这是所有计算的前提； 3、然后在菜单栏build/crystals/build crystal 4、出现的build crystal窗口中有三个标签，第一个是选择晶体所在的空间群space group，以NaCl晶体为例空间群为FM-3M(225)，在第二个标签lattice parameters中填写晶格常数，由于是立方晶系只需填一个length a；完成后选择build将回到原3D窗口将看到一个晶格框架； 5、通过工具栏或者build/add atom 出现添加原子窗口，首先添加Na，坐标a、b、c为0，再添加Cl原子a、b、c坐标为（0，0.5，0）这样，NaCl晶体就建立起来了 6、在3D模型文件窗口右键出现的菜单选择display style窗口选择显示模式，选择ball and stick 7、完成后NaCl晶体模型为 说明：在建立模型输入原子坐标是只输入不同原子的一个坐标，这里的不同包括种类不同和位置不同，之所以只需输入一个是因为先选择了空间群，在空间群的限制下，与该坐标相对应的对称位置都被添加上原子。晶体空间群可以通过http:/icsd.ill.fr/icsd/ 查询，不过只有部分是免费的；也可以通过PDF（Powder Diffraction File）卡片查询晶体结构的信息。 materials studio 软件中高分子材料模拟的力场选择 原创 2008-06-24 10:52:01 字号：大 中 小 materials studio软件中与高分子模拟有关的力场主要有COMPASS 力场、PCFF力场、CVFF力场及通用力场等，分述如下。1 COMPASS 力场COMPASS力场是第一个把以往分别处理的有机分子体系的力场与无机分子体系的力场统一的分子力场。COMPASS力场能够模拟小分子与高分子，一些金属离子、金属氧化物与金属。在处理有机与无机体系时，采用分类别处理的方式，不同的体系采用不同的模型，即使对于两类体系的混合，仍然能够采用合理的模型描述。COMPASS 力场覆盖的化学结构见表1。表1 COMPASS 力场覆盖的化学结构有机分子，高分子，气态分子烷烃CnH2n+2烯烃CnH2n炔烃CnHn苯/芳香烃C6H6, -C6H5, C12H10环烷烃CnH2n醚-R-O-R-乙缩醛-C(OR)2-醇-R-OH苯酚Ar-OH胺-NR2氨NH3醛/酮-CO-羧酸-COOH酯-COO-碳酸盐-OCOO-酰胺-CONH-氨基甲酸酯/氨基甲酸乙酯-OCONH-硅氧烷-Si-O-Si-硅烷-Si-Si-小分子O2, N2, H2, H2O, CO, CO2, CS2, SO2, SO3, NO, NO2, NH3, He, Ne, Ar, Kr, Xe卤烃R-X (X=F, Cl)膦腈-N=PX2- (X=F, Cl, NR, OR, R)硝基-NO2腈R-CN异氰化物RNCO硫化物RSR硫醇RSH氨基氧化物NR3O芳香族卤化物Ar-Cl, Ar-F氨腈-N=C=O硝酸盐R-O-NO2 无机分子金属 Al, Na, Pt, Pd, Au, Ag, Sn, K, Li, Mo, Fe, W, Ni, Cr, Cu, Pb, Mg 金属 卤化物Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Mg+, Ca+, Fe+, Cu+, Zn+, F-, Cl-, Br-, I- 氧化硅/硅酸铝SiO2, AlO2金属氧化物Li2O, Na2O, K2O, MgO, CaO, SrO, BaO, TiO2, Fe2O3, Al203, SnO2, SiO22 CFF力场Hagler 等人开发的CFF 力场包括CFF91、CFF93、PCFF、CFF95 等, 是第二代半经验力场算法，远比上述经典力场复杂，需要大量的力参数。其能量计算包含了交叉耦合作用校正。这类计算方法中的参数主要由以下物质实验或计算数据得到：含H,C,N,O,S以及P的化合物，主要是由这些元素相互之间形成的物质；卤素原子以及离子；碱金属阳离子以及某些在生物化学领域内重要的金属二价阳离子。PCFF基于CFF91构建，主要增加了聚合物，金属以及分子筛体系方面的计算参数，是适用于高分子的力场, 它可用来预测有机高分子、沸石分子体系。3 CVFF力场 CVFF力场全名为一致性价力场(consistant valence force field),最初以生化分子为主，适应于计算氨基酸、水及含各种官能团的分子体系。其后，经过不断的强化，CVFF力场可适用于计算多肽、蛋白质与大量的有机分子。此力场以计算系统的结构与结合能最为准确，亦可提供合理的构型能与振动频率。4通用力场前述的力场由于最初的设计都是针对有机分子或生化分子，故仅能涵盖周期表中的部分元素，其力场参数多由拟合计算与实验值或量子计算值而来。为使力场能广泛地适应于整个周期表所涵盖的元素，发展了通用力场。在高分子模拟领域应用最多最广泛的力场是近年发展起来的通用力场, 包括Dreiding 力场、UFF 力场、ESFF 力场等, 这些力场的使用范围几乎覆盖了元素周期表中的所有元素。（1）Dreiding 力场 Dreiding力场是Mayo、Olafson 等人于1990 年开发的一种较好的、具有各种用途的力场 , 它的最大优点在于有很强的预测能力, 相对于那些为十分有限的体系提供较高精确度的特殊力场，Dreiding力场允许合理地预测大量的体系, 包括那些含有新元素化合类型的体系, 以及没有或很少实验数据的体系, 也能较好地进行能量、结构