[发明专利]基于分子动力学的氢化石墨烯纳米盒的模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于分子动力学的氢化石墨烯纳米盒的模拟方法，包括，在双十字型单层石墨烯模型上进行氢化，选取能够反映氢化石墨烯体系中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氢化石墨烯纳米盒内每个原子所含的电荷量，通过应用电场控制氢化石墨烯纳米盒展开与闭合，并能进行C₆₀和C₁₈₀分子的简单吸收与分级释放，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氢化石墨烯纳米盒在电场作用下的微观结构变化，并可视化观察结构变化的过程，为微观尺度分子的可控吸收及释放提供了个可行性方案。

技术领域

本发明属于氢化石墨烯折纸材料领域，具体为一种基于分子动力学的氢化石墨烯纳米盒的模拟方法。

背景技术

目前有大量的文献记载如何采用不同的合成方法合成出不同石墨烯材料，伴随着石墨烯自折叠能力的发现，开始了以原子精度对石墨烯进行功能化来控制石墨烯结构的道路，石墨烯折纸技术也因此成为目前的研究热点之一。这种通过非常规纳米制造技术产生的构件通常有独特的机械性及优秀的稳定性。在微观尺度利用分子动力学对氢化石墨烯折纸结束进行仿真研究的研究较少，氢化石墨烯折纸技术为微观尺度分子的可控吸收及释放提供了个可行性方案

常用的石墨烯折纸方法，是通过对石墨烯施加高压实现从sp²杂化到sp³杂化的转变来形成折痕来诱导石墨烯自折叠。这是通过传统的折纸技术的折叠和挤压方法构建石墨烯折纸结构，但是通过这些方式来精准的控制折痕的产生还是一个不小的难题。

此外通常石墨烯折纸盒为十字形折纸结构，这种结构也能使单层石墨烯自叠成盒，但稳定性较低，氢化要求较高，不能稳定的施加电场来实现分子的可控吸收及释放。

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氢化石墨烯纳米盒的模拟方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于分子动力学的氢化石墨烯纳米盒的模拟方法，包括以下步骤：

步骤1、读取单层石墨烯数据，根据石墨烯的原子位置，剪切成双十字形石墨烯，划定九个区域；

步骤2、根据各区域边界上石墨烯方向及碳原子的坐标，加入氢原子形成氢化石墨烯；

步骤3、选取能够描述氢化石墨烯碳氢体系中原子间相互作用力的势函数；

步骤4、设定系统弛豫与分子动力学模拟的参数；

步骤5、对氢化石墨烯片进行能量最小化计算，确定氢化石墨烯的能量最优结构，将体系势能信息导入Origin进行数据可视化处理，得到随时间和势能的关系曲线；

步骤6、计算步骤5所得的氢化石墨烯模型极化效应，输出每个原子的坐标以及电荷量，将输出的模型坐标与电荷文件导入可视化软件Ovito进行可视化分析，得到具有极化特性的氢化石墨烯模型；

步骤7、根据步骤6所得到的氢化石墨烯模型的极化特性，加入强度可变的电场和C₆₀及C₁₈₀分子，实现氢化石墨烯盒的对C₆₀及C₁₈₀分子的可控吸收及释放。

优选地，利用大规模原子分子并行模拟器计算双十字形石墨烯每个原子位置。

优选地，根据各区域边界上石墨烯方向及碳原子的坐标，加入氢原子形成氢化石墨烯，具体为：

根据划定的各区域边界上石墨烯的方向，在扶手椅形石墨烯三线碳原子上添加氢原子，在锯齿形石墨烯双线碳原子上添加氢原子。

优选地，氢原子坐标以碳原子坐标为基础设定：