[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

摘要

本发明提供了一种测定单层二硫化钼弯曲刚度的分子动力学方法，属于计算二维纳米材料技术领域。首先建立所需尺寸的单层二硫化钼分子的平板结构模型，然后通过坐标映射的方法，将该尺寸的平板结构映射成不同曲率的管状结构模型，然后对其施加环向约束，以保证其构型约束在映射后固有的曲率下，通过分子动力学模拟统计出该模型在不同曲率下的应变能密度，并做出应变能密度与曲率平方曲线图，取其曲率小于0.1nm‑1的小变形区域拟合得到弯曲刚度。通过计算不同特征尺寸在不同边界进行弯曲的几组模型，结果展示单层二硫化钼沿不同边界进行弯曲其弯曲刚度变化趋势不同的边界效应，以及随着特征尺寸的增加，其弯曲刚度逐渐趋于一致的尺寸效应。

主权项

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。