[发明专利]一种聚酰亚胺材料性能模拟方法

说明书

本发明公开了一种聚酰亚胺材料性能模拟方法，其步骤包括：S1、基于随机方法构建聚酰亚胺无定形晶胞初始模型；S2、对所述聚酰亚胺无定形晶胞初始模型进行退火模拟，得到聚酰亚胺无定形晶胞模型；S3、采用Smart算法对所述聚酰亚胺无定形晶胞模型进行优化；S4、基于分子动力学法对所述聚酰亚胺无定形晶胞模型进行处理，得到聚酰亚胺无定形晶胞最终模型。S5、采用Materials Studio软件对所述聚酰亚胺无定形晶胞最终模型进行分析得到其结构形貌图以及其自由体积和占据体积。通过本发明中的技术方案，可以建立精确的聚酰亚胺材料模型，准确地预测出聚酰亚胺材料的结构形貌状态和材料特性。

技术领域

本发明属于高分子材料模拟领域，主要涉及一种聚酰亚胺材料性能模拟方法。

背景技术

随着聚酰亚胺在生物医用、有机光伏、航天航空等领域的广泛应用，新型功能聚酰亚胺材料的设计与研发日渐成为各国科学家竞相关心的热门话题。然而，当前的聚酰亚胺研发主要依靠研究者的科学直觉和大量重复的尝试法实验，事实上，有些实验是可以借助模拟较为准确地预测出聚合物材料的结构形貌状态，这对于指导材料合成和修复将大有裨益，能够大大的加速材料的研发和生产。

分子动力学模拟高分子的结构形貌已经被人们广泛应用于实践之中。研究者使用分子动力学和介观动力学(Journal of Molecular Structure 1012(2012)113–118)模拟了聚丙烯和聚酰胺的共混体系相容性。Y.F.Lin等模拟了聚甲基硅氧烷(Journal ofMembrane Science 417–418(2012)119–130)的自由体积以及内部形貌状态和膜结构。此类模拟基于分子动力学方法，考虑了模拟体系的结构情况，一定程度反映了模拟体系的形貌及聚集态。但是因为所模拟的结构体系分子量较小以及计算能力的限制，现有的模拟方法针对聚酰亚胺这种结构刚性较大及分子量过大的体系时，所建立的材料模型与真实体系误差较大，不能准确预测出真实聚集状态和形貌特征。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种聚酰亚胺材料性能模拟方法，可以建立精确的聚酰亚胺材料模型，准确地预测出聚酰亚胺材料的结构形貌状态和材料特性。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种聚酰亚胺材料性能模拟方法，其步骤包括：

S1、基于随机方法构建聚酰亚胺无定形晶胞初始模型；

S2、对所述聚酰亚胺无定形晶胞初始模型进行退火模拟，得到聚酰亚胺无定形晶胞模型；

S3、采用Smart算法对所述聚酰亚胺无定形晶胞模型进行优化；

S4、基于分子动力学法对优化后的所述聚酰亚胺无定形晶胞模型进行处理，得到聚酰亚胺无定形晶胞最终模型。

S5、采用Materials Studio软件对所述聚酰亚胺无定形晶胞最终模型进行分析得到其结构形貌图以及其自由体积和占据体积。

进一步的，所述步骤S1的具体实施步骤包括：

S11、根据聚酰亚胺分子式生成若干个聚酰亚胺分子；

S12、将所述若干个聚酰亚胺分子按照随机的位置和空间关系首尾连接，形成多条聚酰亚胺分子链；其中，所述多条聚酰亚胺分子链构成所述聚酰亚胺无定形晶胞初始模型。

进一步的，所述步骤S2中对所述聚酰亚胺无定形晶胞初始模型进行退火模拟的模拟参数设置为：

初始温度设为300k，最高温度设为1000k，循环次数为10次；其中,升温过程动力学步长为1飞秒，降温过程动力学步长为0.5飞秒，最大迭代次数为5000次。