一种球体包覆模型的构建方法以及界面吸附评价方法

摘要

本公开涉及晶体材料性能评价技术领域，具体提供一种球体包覆模型的模拟方法以及界面吸附评价方法。包括以下步骤：(1)搭建氟化钙、二氧化硅和水分子的模型；首先，利用Materials Studio软件中的晶胞数据库导入CaF2分子结构模型，将构建好的模型进行不同晶面切割，得到不同晶面的结构模型；然后，利用晶胞数据库导入SiO2分子结构模型，利用建模工具构建SiO2的球型纳米球，最后，采用SPC结构构建水分子结构模型；(2)构建液体吸附模拟模型；利用Materials Studio构建液体吸附模拟模型，将搭建好的CaF2球体模型、SiO2球体模型和H2O分子模型按比例构建液体吸附模拟模型；(3)结构优化液体吸附模拟模型；设置结构优化的参数，直至得到能量最低的构象。解决现有技术中试错法耗时长的问题。

说明书

技术领域

本公开涉及晶体材料性能评价技术领域，具体提供一种球体包覆模型的构建方法以及界面吸附评价方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

固体润滑剂的添加可有效改善陶瓷刀具材料的切削性能，但由于固体润滑剂的力学性能较低，导致所制备的自润滑陶瓷刀具材料力学性能较差。核-壳包覆型固体润滑剂的产生，使得自润滑陶瓷刀具材料在获得良好摩擦性能的同时，还能得到优越的机械性能。为使刀具性能进一步提高，本领域通常对其中的晶体结构进行探索，其中，晶体的球体模型，是晶体结构的重要研究方向。

试错法是实验研究的重要方法之一。但发明人发现，试错法需要进行大量的实验，不仅耗时较长、人力和物力消耗较大，而且失败的风险也较大。因此，试错法在现在科学研究中已不能满足需求。

发明内容

针对现有技术中试错法耗时长，失败风险大的问题，本公开旨在利用分子模拟技术，从微观层面探究不同晶面形成的球体模型对包覆效果的影响，为了和实验更好的吻合，设置在液体环境中，且模拟模型的晶体采取球体模型。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种球体包覆模型的构建方法，包括以下步骤：

(1)搭建氟化钙、二氧化硅和水分子的模型；

首先，利用Materials Studio软件中的晶胞数据库导入CaF

(2)构建液体吸附模拟模型；

利用Materials Studio构建液体吸附模拟模型，将搭建好的CaF

(3)结构优化液体吸附模拟模型；

设置结构优化的参数，直至得到能量最低的构象。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种界面吸附评价方法，所述界面吸附评价方法在上述球体包覆模型的构建方法得到的模型中进行，包括如下步骤：

1>对结构优化后的液体吸附模拟模型进行动力学计算；

2>对液体吸附模拟模型中的二氧化硅和水分子进行标记获得液体吸附模拟模型的结构信息；

3>对液体吸附模拟模型进行动力学分析；

4>对液体吸附模拟模型进行吸附能计算。

上述技术方案中的一个或一些技术方案具有如下优点或有益效果：

1)本公开切割了不同晶面的CaF

2)本公开研究了不同晶面的CaF

3)本公开所述的CaF

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1-4研究方法的流程框图。

图2为实施例2吸附模拟模型的初始分子结构模型。

图3为实施例2吸附模拟模型动力学计算之后的模型。

图4为实施例1步骤(7)中动力学各指标参数图。

图5为实施例2步骤(7)中动力学各指标参数图。

图6为实施例3步骤(7)中动力学各指标参数图。

图7为实施例4步骤(7)中动力学各指标参数图。

具体实施方式

下面将对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本公开的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种球体包覆模型的构建方法，包括以下步骤：

(1)搭建氟化钙、二氧化硅和水分子的模型；

首先，利用Materials Studio软件中的晶胞数据库导入CaF

(2)构建液体吸附模拟模型；

利用Materials Studio构建液体吸附模拟模型，将搭建好的CaF

(3)结构优化液体吸附模拟模型；

设置结构优化的参数，直至得到能量最低的构象。

优选的，步骤(1)中，切割(111)晶面，得到CaF

优选的，步骤(1)中，利用Materials Studio软件中的Visualizer界面构建水分子结构模型。

优选的，步骤(2)中，利用Materials Studio的Amorphous cell模块构建液体吸附模拟模型；

优选的，步骤(2)中，CaF

优选的，步骤(2)中，，精度选Fine，Density选1.0g/cm3，Output frames选1，Forcefield选COMPASSⅡ，各原子力场选calculate，电荷选Forcefield assigned，Electrostic项求和方法选Ewald，van der Waals项求和方法选Atom based。

优选的，步骤(3)中，在S8中，液体吸附模拟模型进行构象优化，Algorithm选Smart，Energy选1.0e-4kcal/mol，Force选

本公开一个或一些实施方式中，提供一种界面吸附评价方法，所述界面吸附评价方法在上述球体包覆模型的构建方法得到的模型中进行，包括如下步骤：

1>对结构优化后的液体吸附模拟模型进行动力学计算；

2>对液体吸附模拟模型中的二氧化硅和水分子进行标记获得液体吸附模拟模型的结构信息；

3>对液体吸附模拟模型进行动力学分析；

4>对液体吸附模拟模型进行吸附能计算。

优选的，步骤1>中，精度选Fine，Ensemble选NVT，Initial velocities选Random，Temperature选313k，Time step选1.0fs，Total simulation time选100ps，Number ofsteps为1000000，Frame output every选5000steps；Forcefield选COMPASSⅡ，各原子力场选calculate，电荷选Forcefield assigned，Electrostic项求和方法选Ewald，Accuracy选0.0001kcal/mol，Buffer width选

优选的，步骤3>中，利用Materials Studio软件中Forcite模块中的Analysis提取动力学各指标参数。

优选的，步骤4>中，吸附能计算的公式如下：

E

其中，E

优选的，步骤4>中，吸附能E

具体的，在Materials Studio系统的操作中，包括以下步骤：

S1：利用Materials Studio的Visualizer界面，从Materials Studio自带的数据库导入CaF

S2：利用Materials Studio的Visualizer界面，切割CaF

S3：利用Materials Studio的Visualizer界面，将CaF

S4：利用Materials Studio的Visualizer界面，从Materials Studio自带的数据库导入SiO

S5：利用Materials Studio的Visualizer界面，利用SiO

S6：利用Materials Studio的Visualizer界面，搭建H

S7：利用Materials Studio的Amorphous cell模块构建液体吸附模拟模型；

S8：在Materials Studio中，对S6所构建的液体吸附模拟模型进行构象优化；

S9：在Materials Studio中，对S7中构象优化后的液体吸附模拟模型进行分子动力学计算；

S10：在Materials Studio中，对S8中分子动力学计算之后的液体吸附模拟模型进行动力学分析。

进一步地，在S2中，按照不同晶向切割晶体，得到CaF

进一步地，在S3中，利用Materials Studio的建模工具，建立CaF

进一步地，在S5中，利用Materials Studio的建模工具，建立SiO

进一步地，在S7中，利用Materials Studio的Amorphous cell模块构建液体吸附模拟模型，将搭建好的CaF

进一步地，在S8中，液体吸附模拟模型进行构象优化，Algorithm选Smart，Energy选1.0e-4kcal/mol，Force选

进一步地，在S8中，构象优化进行一次，可能极短的时间就完成，这对于模拟模型达到上千个原子的模型来说，最稳定的构象还没有形成。输出的文件中，文件类型为txt文件可能会出现警告字样，譬如“WARNING No progress.Optimization with currentmethod stopped”以及“WARNING Convergence criteria are not satisfied”。构象优化虽然进行，但是最后输出的构象并不是能量最低的构象，因此需要继续进行构象优化，直至收敛，此时液体吸附模拟模型的能量最低，构象也最稳定。

进一步地，在S9中，对构象优化最稳定的构象进行分子动力学计算，精度选Fine，Ensemble选NVT，Initial velocities选Random，Temperature选313k，Time step选1.0fs，Total simulation time选100ps，Number of steps为1000000，Frame output every选5000steps。Forcefield选COMPASSⅡ，各原子力场选calculate，电荷选Forcefieldassigned，Electrostic项求和方法选Ewald，Accuracy选0.0001kcal/mol，Buffer width选

实施例1

如附图1所示，一种基于Materials Studio的球体包覆模型的模拟方法，本实施例以球型氟化钙、二氧化硅和水分子作为研究对象，具体包括如下步骤：

(1)搭建氟化钙、二氧化硅和水分子的模型；

首先，利用Materials Studio软件中的晶胞数据库导入CaF

(2)构建液体吸附模拟模型；

利用Materials Studio的Amorphous cell模块构建液体吸附模拟模型，将搭建好的CaF

(3)结构优化液体吸附模拟模型；

设置结构优化的参数，优化液体吸附模拟模型时采用Forcite模块中的Geometryoptimization任务，采用Smart算法，Algorithm选Smart，Energy选1.0e-4kcal/mol，Force选

(4)对结构优化后的液体吸附模拟模型进行动力学计算；

对构象优化最稳定的构象进行分子动力学计算，精度选Fine，Ensemble选NVT，Initial velocities选Random，Temperature选313k，采用Nose控温法，Time step选1.0fs，Total simulation time选100ps，Number of steps为1000000，Frame output every选5000steps。Forcefield选COMPASSⅡ，各原子力场选calculate，电荷选Forcefieldassigned，Electrostic项求和方法选Ewald，Accuracy选0.0001kcal/mol，Buffer width选

(5)对液体吸附模拟模型中的二氧化硅和水分子进行标记；

(6)液体吸附模拟模型的结构信息；

a＝57，b＝49，c＝76；α＝94，β＝103，γ＝95

(7)对液体吸附模拟模型进行动力学分析；

利用Materials Studio软件中Forcite模块中的Analysis提取动力学各指标参数，可得到轨迹文件、RDF、MSD等。

(8)对液体吸附模拟模型进行吸附能计算；

利用Materials Studio软件中Forcite模块中的Energy任务进行吸附能的计算，吸附能计算的公式如下：

E

其中，E

经计算E

实施例2

(1)搭建氟化钙、二氧化硅和水分子的模型；

首先，利用Materials Studio软件中的晶胞数据库导入CaF

(2)构建液体吸附模拟模型；

利用Materials Studio的Amorphous cell模块构建液体吸附模拟模型，将搭建好的CaF

(3)结构优化液体吸附模拟模型；

设置结构优化的参数，优化液体吸附模拟模型时采用Forcite模块中的Geometryoptimization任务，采用Smart算法，Algorithm选Smart，Energy选1.0e-4kcal/mol，Force选

(4)对结构优化后的液体吸附模拟模型进行动力学计算；

对构象优化最稳定的构象进行分子动力学计算，精度选Fine，Ensemble选NVT，Initial velocities选Random，Temperature选313k，采用Nose控温法，Time step选1.0fs，Total simulation time选100ps，Number of steps为1000000，Frame output every选5000steps。Forcefield选COMPASSⅡ，各原子力场选calculate，电荷选Forcefieldassigned，Electrostic项求和方法选Ewald，Accuracy选0.0001kcal/mol，Buffer width选

(5)对液体吸附模拟模型中的二氧化硅和水分子进行标记；

(6)液体吸附模拟模型的结构信息；

a＝61，b＝62，c＝69；α＝102，β＝106，γ＝80

(7)对液体吸附模拟模型进行动力学分析；

利用Materials Studio软件中Forcite模块中的Analysis提取动力学各指标参数，可得到轨迹文件、密度、RDF、MSD等。

(8)对液体吸附模拟模型进行吸附能计算；

利用Materials Studio软件中Forcite模块中的Energy任务进行吸附能的计算，吸附能计算的公式如下：

E

其中，E

经计算E

实施例3

(1)搭建氟化钙、二氧化硅和水分子的模型；

首先，利用Materials Studio软件中的晶胞数据库导入CaF

(2)构建液体吸附模拟模型；

利用Materials Studio的Amorphous cell模块构建液体吸附模拟模型，将搭建好的CaF

(3)结构优化液体吸附模拟模型；

设置结构优化的参数，优化液体吸附模拟模型时采用Forcite模块中的Geometryoptimization任务，采用Smart算法，Algorithm选Smart，Energy选1.0e-4kcal/mol，Force选

(4)对结构优化后的液体吸附模拟模型进行动力学计算；

对构象优化最稳定的构象进行分子动力学计算，精度选Fine，Ensemble选NVT，Initial velocities选Random，Temperature选313k，采用Nose控温法，Time step选1.0fs，Total simulation time选100ps，Number of steps为1000000，Frame output every选5000steps。Forcefield选COMPASSⅡ，各原子力场选calculate，电荷选Forcefieldassigned，Electrostic项求和方法选Ewald，Accuracy选0.0001kcal/mol，Buffer width选

(5)对液体吸附模拟模型中的二氧化硅和水分子进行标记；

(6)液体吸附模拟模型的结构信息；

a＝60，b＝59，c＝55；α＝86，β＝92，γ＝99

(7)对液体吸附模拟模型进行动力学分析；

利用Materials Studio软件中Forcite模块中的Analysis提取动力学各指标参数，可得到轨迹文件、RDF、MSD等。

(8)对液体吸附模拟模型进行吸附能计算；

利用Materials Studio软件中Forcite模块中的Energy任务进行吸附能的计算，吸附能计算的公式如下：

E

其中，E

经计算E

实施例4

(1)搭建氟化钙、二氧化硅和水分子的模型；

首先，利用Materials Studio软件中的晶胞数据库导入CaF

(2)构建液体吸附模拟模型；

利用Materials Studio的Amorphous cell模块构建液体吸附模拟模型，将搭建好的CaF

(3)结构优化液体吸附模拟模型；

设置结构优化的参数，优化液体吸附模拟模型时采用Forcite模块中的Geometryoptimization任务，采用Smart算法，Algorithm选Smart，Energy选1.0e-4kcal/mol，Force选

(4)对结构优化后的液体吸附模拟模型进行动力学计算；

对构象优化最稳定的构象进行分子动力学计算，精度选Fine，Ensemble选NVT，Initial velocities选Random，Temperature选313k，采用Nose控温法，Time step选1.0fs，Total simulation time选100ps，Number of steps为1000000，Frame output every选5000steps。Forcefield选COMPASSⅡ，各原子力场选calculate，电荷选Forcefieldassigned，Electrostic项求和方法选Ewald，Accuracy选0.0001kcal/mol，Buffer width选

(5)对液体吸附模拟模型中的二氧化硅和水分子进行标记；

(6)液体吸附模拟模型的结构信息；

a＝55，b＝47，c＝132；α＝136，β＝80，γ＝98

(7)对液体吸附模拟模型进行动力学分析；

利用Materials Studio软件中Forcite模块中的Analysis提取动力学各指标参数，可得到轨迹文件、RDF、MSD等。

(8)对液体吸附模拟模型进行吸附能计算；

利用Materials Studio软件中Forcite模块中的Energy任务进行吸附能的计算，吸附能计算的公式如下：

E

其中，E

经计算E

以上所揭露的仅为本公开的优选实施例而已，当然不能以此来限定本公开之权利范围，因此依本公开申请专利范围所作的等同变化，仍属本公开所涵盖的范围。