[发明专利]一种利用计算机模拟构建氧化石墨烯与聚碳化二亚胺交联结构模型的方法

说明书

本发明公开一种利用计算机模拟构建氧化石墨烯与聚碳化二亚胺交联结构模型的方法。该方法首先通过Materials Studio软件构建氧化石墨烯分子与聚碳化二亚胺分子的混合结构，然后通过能量最小化和分子动力学运算，利用xLink交联程序进行结构交联，最终得到交联结构模型。本发明的模拟构建氧化石墨烯与聚碳化二亚胺交联结构模型的方法具有模拟时间短的特点，所有运算均可并行计算，视并行核数和体系大小不同，最快几个小时便可完成，从而为复杂交联体系的计算模拟提供了一种可靠的结构建模方法。

技术领域

本发明涉及一种利用计算机模拟构建氧化石墨烯与聚碳化二亚胺交联结构模型的方法，属于交联聚合物领域。

背景技术

腐蚀是冶金、交通运输等工业行业领域中的重大挑战之一。使用聚合物防腐材料是有效的防腐手段之一。聚合物若通过交联反应形成三维网络状交联结构，则其力学性能、热稳定性、耐磨性、耐溶剂性及抗蠕变性都有不同程度的提高。具有二维结构的石墨烯由于具有优异的性能引起了广泛关注。石墨烯化学性质稳定，具有优异的阻隔性能，因此可分散到聚合物防腐材料中形成复合涂层，具有极大的防腐应用潜力。在实际应用中，因分散操作的难易程度，实际使用的是氧化石墨烯。氧化石墨烯的结构中通常含有羟基、羧基等亲水基团，因此更易于分散。

氧化石墨烯若通过化学作用尤其交联反应分散到聚合物中，不但可以增强复合材料的防腐性能，而且可以增强复合材料的力学性质、热稳定性等。

实验上可通过盐雾实验测试氧化石墨烯-聚合物复合材料的防腐性能，但无法表征氧化石墨烯分散、交联等结构特征对防腐性能的影响，而利用计算机模拟手段可弥补这一不足。通过计算机模拟不但可以直观地观察氧化石墨烯的分散和交联情况，而且可以定量计算腐蚀介质在氧化石墨烯-聚合物复合材料中的扩散系数，直接用于比较防腐性能的好坏，还可以计算氧化石墨烯-聚合物复合材料的弹性模量等力学性质。利用计算机模拟构建结构模型的方法不但可以节省实验成本，而且可以从微观层面更好地解释实验现象和材料性能。

到目前为止，虽有文献报道氧化石墨烯接枝不同的官能团或长链分子的研究，但通过计算机模拟构建氧化石墨烯与聚合物形成复杂交联体系结构的研究未见报道。理论上，可以基于第一性原理分子动力学或反应分子动力学方法通过计算机模拟交联反应过程从而构建复杂交联体系的结构，但是存在模拟时间长、反应度不可控等技术问题。

而本发明正是为了解决上述复杂交联体系结构难以构建、交联反应过程模拟时间长、反应度不可控等技术问题而提供的一种计算机模拟构建氧化石墨烯与聚碳化二亚胺交联结构的方法，该模拟构建方法，由于采用以指定原子之间的距离为主要变量的“虚拟交联反应”技术，因此具有操作简单、模拟时间短、反应度可控等优点，可以获得比现有技术更好的复杂交联结构。

Materials Studio软件全尺度材料模拟平台，不仅拥有优异的操作界面，快捷实现模型搭建、参数设定以及结果的可视化分析，而且融合多种模拟方法，整合多个功能模块，实现从电子结构解析到宏观性能预测的全尺度科学研究，多种应用程序接口以及脚本编写功能的添加使其能够更好的满足各类用户的研究需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述的复杂交联结构模型难以构建、交联反应过程模拟时间长、反应度不可控等技术问题而提供一种利用计算机模拟构建氧化石墨烯与聚碳化二亚胺交联结构模型的方法，该方法具有操作简单、模拟时间短、反应度可控的优点。

本发明的技术原理

本发明主要涉及Materials Studio软件(以下简称MS软件，版本不限，优选8.0及以上版本)中的Visualizer、Forcite、Amorphous Cell模块和COMPASS分子力场。