基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113035283A(43)申请公布日2021.06.25(21)申请号202110039028.6(22)申请日2021.01.12(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市玄武区孝陵卫200号(72)发明人华忠炜张扬雷祖祥(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人岑丹(51)Int.Cl.G16C10/00(2019.01)G16C60/00(2019.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法(57)摘要本发明公开了一种基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法，包括：在多层富勒烯模型上添加夹板，选取能够反映多层富勒烯碳原子之间相互作用力的势函数，设定系统弛豫与分子建模软件中分子动力学模拟的参数，通过分子动力学模拟软件计算计算多层富勒烯内每个原子的viral应力并求和，通过所有原子的viral应力和除以多层富勒烯体积计算压缩应力，并输出挤压多层富勒烯模型模拟的坐标文件，导入可视化软件进行可视化分析，并通过切面分析得到结构内部的信息。本发明能够采用分子动力学模拟出多层富勒烯受挤压过程中的微观结构变化和应力结果，并可视化观察结构破坏的过程。CN113035283ACN113035283A权利要求书1/2页1.一种基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法，其特征在于，具体步骤为：读取多层富勒烯数据，计算多层富勒烯内每个原子位置，根据多层富勒烯边界尺划定两个区域；利用晶格命令在划定的区域内填充碳原子形成石墨烯；选取能够描述多层富勒烯碳碳体系中碳原子间相互作用力的势函数；设定系统弛豫与分子动力学模拟的参数；对石墨烯施加约束，使石墨烯成为不可变形的刚体作为夹板；建立循环，在每一次循环过程中使石墨烯夹板指定距离，通过石墨烯夹板挤压多层富勒烯，计算应力输出结果，直到达到设定的循环此处，每次循环输出模型坐标文件和应力信息；将模型坐标文件导入可视化软件Ovito进行挤压过程的可视化，并通过切面分析挤压过程中结构内部微观结构变化，将应力信息导入Origin进行数据可视化。2.根据权利要求1所述的基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法，其特征在于，计算多层富勒烯每个原子的位置，得到多层富勒烯所有原子在空间内三个方向的最大最小值Xmax、Xmin、Ymax、Ymax、Zmax、Zmin；划定的两个区域的边界为：X方向均为：(Xmax+Xmin)/2±(Xmax‑Xmin)，Y方向均为：(Ymax+Ymin)/2±(Ymax‑Ymin)，Z方向，上部分区域：下部分区域：式中，为尺寸单位埃。3.根据权利要求1或2所述的基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法，其特征在于，在划定的区域利用晶格命令建立晶格并填充碳原子形成石墨烯，其中，晶格设置为：晶格常数基矢a1(4.263,0,0)，a2(0,2.461,0)，a3(0,0,1.5)，基本原子位置为basis1(0,0,0)，basis2(0.333,0,0)，basis3(0.5,0.5,0)，basis4(0833,0.5,0)。4.根据权利要求1所述的基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法，其特征在于，所述势函数为AIREBO势函数，所述AIREBO势函数包括具有描述长程相互作用力的Lennard‑Jones势函数与描述碳碳键合作用力的REBO的势函数。5.根据权利要求4所述的基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法，其特征在于，所述势函数能量公式为：ijij式中，为排斥项，为吸引项，b是键序项，D为势能阱的深度，σij是两原子之间互相作用的势能正好为零时的距离，rij是原子i和原子j之间的距离。6.根据权利要求1所述的基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法，其特征在于，设定的系统弛豫与分子动力学模拟的参数包括等温等压系综控温条件、能量最小化、邻域列表。7.根据权利要求1所述的基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法，其特征2CN113035283A权利要求书2/2页在于，对石墨烯施加约束，使石墨烯成为不可变形的刚体作为夹板的具体方法为：使用fixrigid和fixmove命令使石墨烯成为仅可上下移动不发生翻转的刚体夹板。3CN113035283A说明书1/4页基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法技术领域[0001]本发明属于锂离子电池多层富勒烯电极材料领域，具体为一种基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法。背景技术[0002]目前有大量的文献，研究如何采用不同的合成方法合成出不同排列的多层洋葱状富勒烯阵列，探究多层富勒烯电极电池的容量、充电速率等问题，然而这些大都是实验性的研究。在微观尺