分子动力学模拟橡胶

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二甲醚在橡胶中扩散特性的分子动力学模拟

图3.10.晶格体系的设定（2）

然后点击建立（Construct）按钮，开始构建二甲醚与氟橡胶的混合晶格体系。任务完成后，构建成功的晶格体系如图3.11：

图3.11二甲醚与丁腈橡胶的混合晶格体系

在此之后，构建温度为40℃（即313K）下的二甲醚与丙烯腈含量为20%的丁腈橡胶的混合晶格体系。除将温度的设定改为313K外，其它设定不变。点击建立构建二甲醚与丙烯腈含量为20%的丁腈橡胶的混合晶格体系。之后构建温度为27℃（即300K）下的二甲醚与丙烯腈含量为20%的丁腈橡胶的混合晶格体系。除将温度的设定改为300K外，其它设定不变。点击建立构建二甲醚与丙烯腈含量为20%的丁腈橡胶的混合晶格体系。

氟橡胶，氯丁橡胶以及丙烯腈含量为15%、20%、30%的氢化丁腈橡胶均按以上

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二甲醚在橡胶中扩散特性的分子动力学模拟

步骤构建与二甲醚分子分别在27℃、40℃和70℃的混合晶格体系。

3.3进行分子动力学模拟

构建成功二甲醚与各橡胶的晶格体系以后，就可以开始进行分子动力学模拟。模拟使用Materials Studio软件的Discover模块。为去除某些可能存在失误原子重叠去除某些严重扭曲的键长、键角、扭矩等，首先将温度为70℃的二甲醚与氟橡胶的混合晶格体系能量最小化，使用Discover模块下的Minimizer菜单，采用智能能量最小化（Smart Minimizer），收敛程度选择中等程度，模拟步骤设定为5000。其设定如图3.12

图3.12.能量最小化设定

经过能量最小化以后的晶格体系如图3.13：

图3.13.经过能量最小化的晶格体系

其能量变化过程如图3.14：

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二甲醚在橡胶中扩散特性的分子动力学模拟

图3.14.能量变化趋势图

其中红色的线表示势能随时间的变化趋势，蓝色的线表示键能随时间的变化趋势。

二甲醚与丙烯腈含量为20%的丁腈橡胶的混合晶格体系经过能量最小化以后，先要进行10皮秒（ps）的体系预平衡分子动力学模拟模拟。这样可以有效减少接下来的分子动力学模拟前期的温度振动幅度。尤其可以消除分子动力学计算机模拟前期温度产生的一个幅度较大的先下降后上升的振动。使用Discover模块下的分子动力学模拟（Molecular Dynamics）菜单。对温度为70℃的二甲醚与丙烯腈含量为20%的丁腈橡胶的混合晶格体系的预平衡将采用正则系统，即NVT系统。将温度设定为343K，温度控制方法为Anderson方法；碰撞率为1.0；分子动力学模拟计算的步骤为10000，时间步长设定为1.0飞秒（fs），则计算时间为10ps，最后输出模拟以后最终的二甲醚与丙烯腈含量为20%的丁腈橡胶的混合晶格体系。其设定如图3.15：

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二甲醚在橡胶中扩散特性的分子动力学模拟

图3.15.晶格体系预平衡的设定

然后点击运行（Run），进行对温度为70℃的二甲醚与丙烯腈含量为20%的丁腈橡胶的混合晶格体系的分子动力学模拟计算。

模拟过程中，温度随时间的变化如图3.16：

图3.16.预平衡过程温度的变化趋势

可以看出在模拟前期温度有明显的下降，然后回升，最后温度趋于稳定。 其能量随时间变化的趋势如图3.17：

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