[发明专利]一种分子动力学模拟二元掺杂离子液体润滑薄膜结构特性的方法

摘要

本发明属于二元掺杂离子液体润滑薄膜结构特性研究领域，具体涉及一种分子动力学模拟二元掺杂离子液体自组装分子薄膜结构特性的方法。设计的二元掺杂离子液体润滑薄膜模型第1层为硅基底，第2层为N‑3‑（三甲氧基硅烷基）丙基乙二胺单层自组装分子膜，第3层为1‑羧乙基‑3‑甲基咪唑氯盐离子液体，第4层为1‑十二烷基‑3‑甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体。本发明采用分子动力学从分子角度揭示一种高性能减摩抗粘附复合薄膜的微观结构特性，为设计高性能减摩抗粘附润滑薄膜提供理论依据。

主权项

1.一种分子动力学模拟二元掺杂离子液体润滑薄膜结构特性的方法，其特征在于，包含以下步骤：（1）在Materials Studio的结构数据库中选择单晶硅（Si）晶胞；（2）利用supercell对步骤（1）选择的Si晶胞进行超晶胞构建，并扩展为Si基底；（3）在步骤（2）所述的Si基底上接枝羟基分子（‑OH），即可得到羟基化的Si基底，记为Si‑OH；（4）根据N‑3‑（三甲氧基硅烷基）丙基乙二胺（DA）的参数，建立DA分子，将DA分子通过硅氧共价键与步骤（3）所述的Si‑OH表面键合，形成DA单层自组装分子膜，记为DA SAM； （5）根据1‑羧乙基‑3‑甲基咪唑氯盐离子液体（[CMIM] Cl）的参数，建立[CMIM] Cl分子，通过酰胺键将[CMIM] Cl分子接枝在步骤（4）所述的DA SAM表面，利用Material Studio软件中的Discover模块，对[CMIM]Cl分子在DA SAM表面的覆盖率进行计算，得到[CMIM]Cl分子具有最小平均单链能时的覆盖率，即为[CMIM]Cl分子在DA SAM表面的最优覆盖率；（6）基于[CMIM]Cl分子在DA SAM表面的最优覆盖率，计算[CMIM]Cl分子在DA SAM表面不同接枝位置的平均单链能，得到平均单链能最小时的[CMIM]Cl分子排列方式，即为[CMIM]Cl分子在DA SAM表面的最佳接枝位置，记为[CMIM]Cl/DA/Si；（7）根据1‑十二烷基‑3‑甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体（[DMIM]PF6的）参数，建立[DMIM] PF6分子，按照分子数[CMIM]Cl:[DMIM]PF6为1:1~1:10，将[DMIM]PF6分子通过物理吸附结合在[CMIM]Cl分子周围，计算[DMIM]PF6分子的平均单链吸附能，当[DMIM]PF6分子的平均单链吸附能最小时，对应的[DMIM]PF6层与[CMIM]Cl/DA/Si层之间的界面结合能最大，此时得到[CMIM]Cl与[DMIM]PF6的最优分子数比，同时得到二元掺杂离子液体润滑薄膜，记为[DMIM] PF6/[CMIM]Cl/DA/Si；（8）步骤（5）所述的[CMIM]Cl分子在DA SAM表面的最优覆盖率，步骤（6）所述的[CMIM]Cl分子在DA SAM表面的最佳接枝位置和步骤（7）所述的[CMIM]Cl与[DMIM]PF6的最优分子数比，均为二元掺杂离子液体润滑薄膜的结构特性。