[发明专利]基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法，包括：在多层富勒烯模型上添加夹板，选取能够反映多层富勒烯碳原子之间相互作用力的势函数，设定系统弛豫与分子建模软件中分子动力学模拟的参数，通过分子动力学模拟软件计算计算多层富勒烯内每个原子的viral应力并求和，通过所有原子的viral应力和除以多层富勒烯体积计算压缩应力，并输出挤压多层富勒烯模型模拟的坐标文件，导入可视化软件进行可视化分析，并通过切面分析得到结构内部的信息。本发明能够采用分子动力学模拟出多层富勒烯受挤压过程中的微观结构变化和应力结果，并可视化观察结构破坏的过程。

技术领域

本发明属于锂离子电池多层富勒烯电极材料领域，具体为一种基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法。

背景技术

目前有大量的文献，研究如何采用不同的合成方法合成出不同排列的多层洋葱状富勒烯阵列，探究多层富勒烯电极电池的容量、充电速率等问题，然而这些大都是实验性的研究。在微观尺度利用分子动力学对多层富勒烯进行仿真研究的研究较少，锂离子在多层富勒烯电极扩散中多层富勒烯产生的扩散诱导应力对多层富勒烯结构的影响有着相当的重要性。

常用的lammps模拟压缩方法，使用fix derom命令按照指定应变流程在每一个时间步内先进行模拟盒子尺寸的拉伸，然后将拉伸位移平均到每一个原子上，然后在该时间步内系统会自动弛豫。该方法带来的问题是：这样的压缩忽略了泊松效应，在x方向压缩，其y方向不会发生形变。

另一种常用的lammps模拟压缩方法是使用fix setforce直接施加力在对象上，然而使用该方法挤压多层富勒烯容易产生两个问题：1、该命令只能添加到多层富勒烯里的单个原子上，容易产生结构破坏；2、如果通过施加在其他结构间接作用在多层富勒烯表面，会导致产生的形变过程不可控。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法，具体步骤为：

读取多层富勒烯数据，计算多层富勒烯内每个原子位置，根据多层富勒烯边界尺划定两个区域；

利用晶格命令在划定的区域内填充碳原子形成石墨烯；

选取能够描述多层富勒烯碳碳体系中碳原子间相互作用力的势函数；

设定系统弛豫与分子动力学模拟的参数；

对石墨烯施加约束，使石墨烯成为不可变形的刚体作为夹板；

建立循环，在每一次循环过程中使石墨烯夹板指定距离，通过石墨烯夹板挤压多层富勒烯，计算应力输出结果，直到达到设定的循环此处，每次循环输出模型坐标文件和应力信息；

将模型坐标文件导入可视化软件Ovito进行挤压过程的可视化，并通过切面分析挤压过程中结构内部微观结构变化，将应力信息导入Origin进行数据可视化。

优选地，计算多层富勒烯每个原子的位置，得到多层富勒烯所有原子在空间内三个方向的最大最小值X_max、X_min、Y_max、Y_min 、Z_max、Z_min；

划定的两个区域的边界为：

X方向均为：(X_max+X_min)/2±(X_max-X_min)，Y方向均为： (Y_max+Y_min)/2±(Y_max-Y_min)，Z方向，上部分区域：下部分区域：式中，为尺寸单位埃。