[发明专利]一种纳米颗粒聚集生长模拟过程特征数据的分析统计方法

说明书

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种纳米颗粒聚集生长模拟过程特征数据的分析统计方法，主要包括构建纳米颗粒单体模型，输出单体模型的结构信息，采用分子动力学方法模拟纳米颗粒的聚集生长过程；根据研究对象材料的晶体结构及晶格常数，计算截断距离r_cutoff；通过截断距离r_cutoff提取的聚集纳米颗粒数据信息，通过“三点确定一面”原则，获取聚集纳米颗粒的取向生长方式。本发明提供了一种高效精确的分析统计方法。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种纳米颗粒聚集生长模拟过程特征数据的分析统计方法。

背景技术

纳米晶体形貌对其自身的光学性能、抗菌性能、传感性能以及催化性能等多方面均有重要影响，因此，对纳米晶体不同形貌的形成过程及生长机制的研究是纳米科学领域的热点。近年来随着对纳米晶体研究的深入，非经典结晶方式中的Oriented Attachment(OA)机制，作为一种新的晶体生长机制，较多地用于解释纳米颗粒间通过调整自身晶格取向聚集生长形成新晶体的现象。目前已有很多通过OA机制构筑各向异性纳米结构的研究报道，显示出这一机制在设计新型纳米晶体结构方面的巨大潜力。

但是，目前对OA机制细节及其背后的作用原理还缺乏深入系统的研究。探索OA机制最大的挑战是在复杂晶体生长过程中获取最直观有效的微观数据。相较于实验方法的局限性，分子动力学模拟方法可以从微观尺度的原子出发，模拟纳米颗粒的聚集生长过程。然而分子动力学模拟的输出结果数据庞杂含混，目前多采用可视化软件来观察分子动力学模拟结果的动态演化过程，难以从中挖掘出纳米颗粒取向生长方式的有用信息及规律。

为此，开发出一种针对纳米颗粒聚集生长过程分子动力学模拟输出数据的分析统计方法，通过对输出数据进行合理、高效地处理，准确、快速地获得纳米颗粒取向生长方式的关键信息，为纳米晶体的生长过程提供直观可靠的依据，对于促进OA机制在新型纳米晶体结构设计方面的应用有重要价值。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种纳米颗粒聚集生长模拟过程特征数据的分析统计方法，利用该方法可以准确、快速地获得纳米颗粒聚集生长分子动力学模拟中的取向生长方式。与采用可视化软件观察模拟结果相比，该方法通过对模拟数据进行分析，可以为纳米晶体的生长过程提供更直观、量化、可靠的依据。

用于解决技术问题的方法

针对上述问题，本发明提出了一种基于分子动力学模拟结果数据获得纳米颗粒取向生长方式的方法，其包括以下步骤：

(1)针对研究对象材料，构建纳米颗粒单体模型；

(2)输出单体模型的结构信息，并对模型的不同晶面进行标记；

(3)复制N个(N为大于1的正整数)纳米单颗粒随机置于模拟盒子中，设置模拟参数，采用分子动力学方法模拟纳米颗粒的聚集生长过程；

(4)输出步骤(3)分子动力学模拟结果；

(5)根据研究对象材料的晶体结构及晶格常数，计算截断距离r_cutoff；

(6)由步骤(5)计算所得截断距离r_cutoff遍历步骤(4)输出的分子动力学模拟结果，提取模拟后聚集纳米颗粒的特征数据信息；

(7)对于步骤(6)提取的聚集纳米颗粒数据信息，通过“三点确定一面”原则，获取聚集纳米颗粒的取向生长方式；

(8)统计分析步骤(7)所得聚集纳米颗粒取向生长方式的结果，得出研究对象材料以OA机制生长时的主要取向生长方式。

一种实施方式为，步骤(1)所述纳米颗粒单体模型是七大晶系中的任意晶系。