[发明专利]基于密度泛函理论的聚乙烯与蒙脱土陷阱能级评价方法

摘要

本发明的基于密度泛函理论的聚乙烯与蒙脱土陷阱能级评价方法是利用Material Studio软件建立蒙脱土超晶胞模型，然后将蒙脱土与无定型聚乙烯模型结合，构建聚乙烯/蒙脱土分层复合模型。利用分子动力计算，使模型达到能量最小的平衡几何构象，然后基于密度泛函理论计算此模型的陷阱能级。通过比较陷阱能级的深浅可以评价不同蒙脱土含量的复合材料的介电性能。通过本发明的方法得到聚乙烯与蒙脱土陷阱能级可以一定程度反应材料的电荷性质，进一步对聚乙烯与蒙脱土复合材料的介电特性进行评价，从而改善电气设备中的绝缘材料性能，增强材料寿命，减少经济损失，增强安全性等。

主权项

1.一种基于密度泛函理论的聚乙烯与蒙脱土陷阱能级的评价方法，其特征在于由以下步骤组成：（1）建立蒙脱土超晶胞通过Material Studio软件的Build模块构建蒙脱土晶型，空间群为单斜晶系C2/m，对称性为L2PC，输入晶格参数，然后利用Add Atoms工具按照空间坐标添加原子，连接各成键原子，在单位晶胞上建立超晶胞，然后对蒙脱土超晶胞进行电荷分配以及类质同象替换；（2）以C2H4为重复单元建立无定型聚乙烯利用Material Studio软件中Build Polymers模块建立聚合度为20，具有一条4个聚合度支链的聚乙烯分子长链，然后利用Amorphous Cell模块将5条这样的聚乙烯长链构建成无定型状态，设定温度为298K，目标密度为0.92g/m3，晶胞a、b参数与（1）蒙脱土超晶胞参数一致；（3）构建聚乙烯/蒙脱土分层复合模型利用Material Studio软件构建层功能将步骤（1）得到的蒙脱土模型与步骤（2）所得到的无定型聚乙烯模型建立层结构，从而形成聚乙烯/蒙脱土界面复合模型；（4）计算陷阱能级利用Material Studio软件，首先给予分子动力学进行能量最小化，系综选择NVT，温度控制法选择Andersen法，模拟总步数设定为1000000步，总模拟时间1000ps，每50帧输出一步，温度为298K，由此得到能量最低的平衡几何构象；再基于密度泛函理论，选用Dmol3模块进行计算，任务选择Energy，系综选择NVT，近似函数选择GGA+BLYP，得到聚乙烯/蒙脱土平衡几何结构的总能量E（Re），聚乙烯/蒙脱土在平衡几何结构情况下带一个负电荷阴离子分子的总能量E（Re‑），无定型聚乙烯平衡几何结构的总能量E（Rpolymer），无定型聚乙烯平衡几何结构情况下带一个负电荷粒子分子的总能量E（Rpolymer‑），按照下式计算陷阱能级Etrap.Etrap=[E（Re）‑E（Re‑）]‑[E（Rpolymer）‑E（Rpolymer‑）]。