[发明专利]一种基于分子动力学的二维层状结构界面脱粘性质检测方法

摘要

本发明公开了一种基于分子动力学的二维层状结构界面脱粘速度检测方法，该方法主要特点在于：借助分子动力学理论和仿真计算软件证明了利用双层碳纳米管作为检测器测量界面裂纹扩展速度的可行性，并通过该方法探测二维纳米层状结构界面裂纹尖端位置和精确测量界面脱粘速度。该方法将界面性质检测范围拓展到纳米尺度，不同于传统基于高速摄影，声发射，涡流检测法和裂纹片传感器测试法的宏观尺度界面脱粘性质检测方法，创造性的利用双层碳纳米管层间弱摩擦性质检测纳米级尺度层间脱粘速度，原理简单，测量精确，弥补了纳米领域界面脱粘性质检测的空白，为检测纳米尺度界面性质的实际应用提供依据和基础，因而具有广泛应用前景和指导价值。

主权项

1.一种基于分子动力学的二维层状结构界面脱粘性质检测方法，其特征在于包括下列步骤：/n(1)基于分子动力学仿真软件Materials Studio构建二维纳米界面模型和多个双层碳纳米模型部件；界面模型采用graphene-spring模型，首先构建两个同样尺寸的石墨烯条带和n个双层碳纳米管模型；导出原子坐标文件；/n(2)基于分子可视化软件VMD，实现碳纳米管/薄膜/基底系统组装：将上述原子坐标文件导入VMD中，调整各部件空间位置，使上层石墨烯条带即薄膜与下层石墨烯条带即刚性基底堆叠，保证层间距并在薄膜与基底之间建立弹簧形成界面；将n个双层碳纳米管整齐摆放至界面上方的位置，依次分别标记为i,其中，i＝1,2,3,...,n；碳纳米管i与i+1距离设为ΔL_i；最后导出分子动力学仿真软件Lammps可识别的fulll类型data文件；/n(3)基于分子动力学仿真软件Lammps对应用碳纳米管进行界面脱粘检测方法进行仿真：基本参数设置：分子动力学仿真软件Lammps读取步骤(2)中所得的data文件后，设置单位，边界条件，质量，时间积分步长；力场参数设置：airebo势描述碳纳米管/薄膜/基底系统中C原子间相互作用，弹簧作用采用harmonic键类型描述；检测流程设置：首先钢化基底和双层碳纳米管内管，外管保持自由并在NVT系综下保持恒定温度弛豫充足时间；接着设置薄膜粘度和弹簧断裂条件，仿真刚度粘结界面；然后在薄膜一端施加恒定速度拉伸荷载，脱粘区前端形成界面裂纹随时间向前传播，实现界面脱层仿真；最后输出碳纳米管外管角速度和系统坐标，并分别保存在log文件及dump文件中；/n(4)基于可视化软件VMD和绘图软件Origin对仿真结果进行数据处理：将步骤(3)中Dump文件载入VMD中，对二维层状纳米结构界面脱粘性质检测的仿真过程进行图像化显示，观察界面在拉伸荷作用下脱粘导致界面裂纹传播过程和双层碳纳米管转动轨迹；提取(3)步骤中log文件的时间和每个碳纳米管外管角速度信息，导入Oringin中作图，提取每个碳纳米管启动时间T_i；/n(5)基于以上得出的数据，计算二维纳米层状结构界面脱粘速度。/n