[发明专利]一种测定单层二硫化钼弯曲刚度的分子动力学方法

权利要求书

1.一种测定单层二硫化钼弯曲刚度的分子动力学方法，其特征在于，步骤如下：

(1)单层二硫化钼是由三层原子构成的类三明治结构的板状分子模型，其上下两层为硫原子层，中间为钼原子层；依其边界特征将平板分子模型分为扶手椅型边界和锯齿型边界；首先建立所需尺寸的单层二硫化钼平板分子模型，然后通过坐标映射方法，将所建立的单层二硫化钼平板分子模型映射成5种不同曲率的管状结构模型；根据单层二硫化钼平板分子模型的尺寸分为大尺寸平板分子模型和小尺寸平板分子模型，大尺寸平板分子模型为弯曲边的尺寸为30nm-50nm的平板分子模型，分别映射成为90、180、270、360度的管状结构；小尺寸平板分子模型为弯曲边的尺寸为5nm-25nm的平板分子模型，分别映射成15、30、45、60度管状结构；通过分子动力学方法分别统计出不同尺寸平板分子模型以及对应的5种不同曲率下管状结构分子模型的总势能，并计算出同一尺寸下管状模型与平板模型之间的势能差；

(2)基于连续介质力学理论，单层二硫化钼的弯曲刚度D由其应变能ΔU得到，该应变能即为上述分子动力学方法统计出的势能差，具体的方程形式如下所示：

其中，κ为弯曲后管状模型的曲率；A为单层二硫化钼的平板分子模型的真实面积，假设映射前后平板分子模型的表面积不变，采用平板分子模型的表面积作为此处面积；通过上述关系式作出该平板分子模型在每一个曲率下的应变能密度与曲率平方的曲线，并利用曲率小于0.1nm^-1的小变形区域的计算结果进行线性拟合，其拟合线斜率的2倍即为当前尺寸模型的弯曲刚度。

2.根据权利要求1所述的测定单层二硫化钼弯曲刚度的分子动力学方法，其特征在于，所述的分子动力学方法具体如下：

采用开源软件LAMMPS，采用Stillinger-Weber势能描述单层二硫化钼原子间的相互作用；

首先对计算模型施加边界条件：(1)采用环向约束的方式将映射成管状的单层二硫化钼中间层的每一个钼原子约束在其映射后固有的环状曲率上，而管状单层二硫化钼中间层的轴向方向不进行约束，类似施加向心力；(2)管状的单层二硫化钼上下两层的硫原子不进行约束，硫原子自由的进行结构调整；(3)采用弹簧对上述约束进行施加，弹簧的一端在管状结构模型的圆心处，弹簧另一端连接钼原子，使钼原子仅能在其固有的曲率上进行调整；(4)此外，对于非弯曲边的边界原子，在其轴向方向上进行约束，使其构型在优化过程中不发生扭转变形；

然后，将施加边界条件的计算模型进行能量最小化，接着进行动力学弛豫过程，动力学弛豫采用NVT系综，温度控制在0.01K；并在弛豫过程中每500步输出一次计算模型的总势能；对上述结果进行统计与后处理，得到能量密度与曲率之间关系，最终拟合得到弯曲刚度。