[发明专利]一种用分子动力学模拟诱导聚合物链取向结晶以及拉伸力学破坏的方法

权利要求书

1.一种用分子动力学模拟拉伸诱导聚合物链结晶的方法，其特征在于，建立聚合物模型并进行模拟拉伸结晶，按照下述步骤进行：

步骤1，建立聚合物联合原子模型，得到聚合物初始坐标、键长和键角参数；

步骤2，对模型设置合适的对应力场，其中体系势能包括如下四个方面，键伸缩能（E_stretch）、键角弯曲能（E_bend）、二面角扭转能（E_torsion）和范德华相互作用能（E_vdW）；

步骤3，对模型设定相应的周期性边界条件，且所有的原子运动方程采用Verlet速度算法，用标准Nosé-Hoover系综保持体系的温度稳定，采用标准的Parrinello-Rahman系综保持体系的压力恒定；

步骤4，用GROMACS软件对模型依次进行体系能量最小化、温度平衡NVT、压力平衡NPT和T* = 8.0降至3.0拉伸（固定拉力）结晶四个阶段，确保体系接近真实的温度和压力，输出所有原子的坐标、能量等数据，观察结晶情况并分析；

步骤5，将降温结晶后的模型导入LAMMPS软件，在不同的温度及形变速率下对体系进行拉伸，输出体系中所有原子的坐标、应力、应变和能量等数据，观察形变过程中的构象变化，并分析应力和应变随温度和拉伸速率的变化。

2.根据权利要求1所述的一种用分子动力学模拟拉伸诱导聚合物链结晶的方法，其特征在于，力场设定公式如下：

（1）键伸缩能E_stretch

分子中互相成键的原子形成的化学键的键长并非是固定不变的，而是在其平衡位置附近呈现小幅度的震荡，描述这种作用的势能称为键伸缩能E_stretch：

其中，k_d是键伸缩能常数（k_d = 292880 kJ/nm² mol），d_i是两个相连CH₂单元i-1和i之间的链长，d₀是两个相连CH₂单元之间的平衡长度（d₀ = 0.153 nm）；

（2）键角弯曲能E_bend

分子中连续键接的三个原子形成键角，同键伸缩项一样，其并非维持在固定值，而是在其平衡值附近小幅度震荡，描述此种作用的势能为键角弯曲能E_bend：

其中，k_θ是键角弯曲能常数（k_θ= 418.4 kJ/deg² mol），θ_i是三个连续CH₂单元i-2，i-1和i之间的键角，θ₀是三个相连CH₂单元之间的平衡键角（θ₀ = 109.471 deg）

（3）二面角扭转能E_torsion

分子中连续成键的四个原子形成二面角，描述此种内扭转的势能为二面角扭转能E_torsion：

其中，k_ϕ是二面角扭转能常数（k_ϕ = 8.374 kJ/mol），ϕ_i是四个连续CH₂单元i-3，i-2，i-1和i的二面角角度；

（4）范德华相互作用能E_vdW

在分子力场中，如果i、j两原子属于同一个分子，但其之间被三个或者三个以上的化学键所分隔开，或分属于两个不同的分子，那么i、j原子间存在范德华相互作用能E_vdW：

其中，ε和σ 是范德华相互作用参数（ε = 0.8301 kJ/mol, σ = 0.36239 nm），r_ij是两个非键CH₂单元之间的距离。