material studio簡介

1、MS在研究表面活性劑介觀模擬中的應(yīng)用專業(yè)：物化 姓名：符利梅 學(xué)號：091102041 一、簡介MesoDyn是一種可以在較長時間、空間尺度上模擬復(fù)雜流體體系行為的動力學(xué)方法?？梢阅M包括聚合物熔融、共混在內(nèi)的一系列行為。由于這種旨在闡明在工業(yè)上非常重要的介觀結(jié)構(gòu)及其動力學(xué)過程，所以它已經(jīng)在科研以及工業(yè)部門受到了廣泛的注意。介觀結(jié)構(gòu)一方面可以在宏觀上對材料的性質(zhì)產(chǎn)生很大的影響，另一方，通過處理，它的行為又可在微觀的時間尺度上（與弛豫相同級別）進(jìn)行描述。體系的動力學(xué)過程可以通過一組朗之萬方程描述。簡單的來說，它們是考慮了體系噪音影響后的成分密度擴(kuò)散方程。通過數(shù)值反演的方法，可以模擬成分密度的變化

2、，其初始結(jié)構(gòu)式具有一定周期性邊界條件，大小在10-1000nm左右的均一混合物。MesoDyn使用粗顆粒度來描述復(fù)雜流體的行為，對體系進(jìn)行動力學(xué)模擬，得到體系密度和勢能場隨時間的演變過程。如果分子間排斥作用力足夠大，自由能將通過分層達(dá)到極小。體系的粗顆度方法包含兩個組成部分；一是通過使用具有相同響應(yīng)函數(shù)的高斯鏈代替高分子鏈來描述體系，二是通過有效地外部勢能引入非理想體系，勢能大小有不同的二元成對的珠子的Flory-Huggins相互作用參數(shù)決定。靜電作用可以通過Flory-Huggins相互作用參數(shù)引入，或被明確的引入體系中的每個珠子。模擬所用盒子尺寸為32nm*32nm*32nm,所有珠子的

3、擴(kuò)散系數(shù)為10-7cm2s-1,模擬溫度為298k，體系的噪音參數(shù)為100，可壓縮參數(shù)為10，網(wǎng)格比例尺為1.1543。模擬步長為50nm,總步數(shù)為1000。二、計(jì)算其計(jì)算過程步驟如下：以水溶液中表面活性劑月桂醇聚氧乙醚硫酸鈉（AES）和十二烷基硫酸鈉（SDS）部分性能對比的介觀模擬為例,使用的是material studio4.4中的MesoDyn模塊。用A,E,S,W珠子分別表示-CH2CH2CH2-，-C2H4O-，SO42-，H2O。另一個非常重要的參數(shù)為不同化學(xué)組分之間的相互作用能，可通過Blends模塊計(jì)算獲得的chi參數(shù)通過公式計(jì)算獲得。1、在3窗口中珠子結(jié)構(gòu)表示如下圖： -CH

4、2CH2CH2- -C2H4O- SO42- H2O2、在MesoDyn Claculation對話框中設(shè)置參數(shù)：3、設(shè)置好后進(jìn)行計(jì)算： 4、 計(jì)算結(jié)果為：（1）SDS水溶液在不同濃度下的等密度圖 1% 5% 20% 30% 40% 50%(2)AES水溶液在不同濃度下的等密度圖 1% 5% 20% 30% 40% 50%三、分析(1)SDS膠束形貌的轉(zhuǎn)變更快，迅速完成了從球形橢球狀蠕蟲狀網(wǎng)狀的轉(zhuǎn)變。而AES形貌轉(zhuǎn)變則相對較慢，最終也只是形成了蠕蟲狀結(jié)構(gòu)。這種在相同濃度范圍里的不同形貌變化表明親水性作用在膠束形成中起著重要的作用。(2)體系的等勢圖，可明顯看出SDS比AES在更低濃度下就開始有膠束的形成。AES中增加了親水性強(qiáng)的聚氧乙烯鏈，水合能力增強(qiáng)，CMC增大。此外從形貌可看出SDS的尺寸較大，而SDS的極性頭小于AES，憎水基和電荷相同