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一种基于分子动力学模拟的墨水/基底界面的微观性质分析方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-05-18 11:47:46
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-05-23 10:28:29
一种基于分子动力学模拟的墨水/基底界面的微观性质分析方法，属于材料科学技术领域。本发明包括：(1)使用MAPS软件和Amorphous Builder模块对高分子基体进行建模，得到高分子基体模型；(2)使用MAPS软件和GOPY程序对墨水进行建模，得到墨水模型；(3)使用LAMMPS对高分子基体模型进行退火模拟；(4)对两个模型进行结合，形成界面体系；(5)对界面体系进行模拟操作，记录过程和性质变化的数据；(6)对数据进行汇总和分析，提取有用信息。本发明技术方法的模拟尺度为原子级，可以提供微观尺度下的材料性质与性能的表征与分析，这是一般实验手段难以达到的。
1.一种基于分子动力学模拟的墨水/基底界面的微观性质分析方法，其特征在于包括以下步骤：(1)使用MAPS软件和Amorphous Builder模块对高分子基体进行建模，得到高分子基体模型；(2)使用MAPS软件和GOPY程序对墨水进行建模，得到墨水模型；(3)使用LAMMPS对高分子基体模型进行退火模拟；(4)对经步骤(3)退火模拟后的高分子基体模型和墨水模型进行结合，形成界面体系；(5)对步骤(4)得到的界面体系进行模拟操作，记录过程和性质变化的数据；(6)对步骤(5)得到的数据进行汇总和分析，提取有用信息。
近些年来，由于其优异的各项性能，柔性电子器件受到了越来越多的关注。与金属类电子器件相比，柔性电子器件不仅可随意弯曲折叠，而且其重量也大大减轻。有机和高分子基底材料被广泛运用于柔性电子器件的生产中，因此其生产成本也显著降低。到目前为止，柔性电子器件已经在很多领域得到广泛应用，如传感器、电子显示器、太阳能电池、纳米发电机、晶体管，等等。其中，聚酰亚胺由于其优异的柔韧性、热稳定性以及化学稳定性，是应用最广泛的高分子柔性基底材料之一。
因此，出于提高工艺的要求，人们需要对墨水/柔性基底的界面性能有更进一步的理解。虽然柔性电路的宏观性能已经通过不同实验手段得到了较为充分的表征与认识，比如扫描电子显微镜、透射电子显微镜、力学测试等，然而，对于墨水/柔性基底界面的微观信息，尤其是原子尺度、超快时间尺度(皮秒到纳秒)的动力学研究还是很难单纯通过实验手段得到。
中国科学院深圳先进技术研究院提升了粤港地区及我国先进制造业和现代服务业的自主创新能力，推动我国自主知识产权新工业的建立，成为国际一流的工业研究院。 深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统，由九个研究平台，国科大深圳先进技术学院，多个特色产业育成基地、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构等组成。开展先进技术研究，促进科技发展。信息、电子、通讯技术研究新材料、新能源技术研究高性能计算、自动化、精密机械研究生物医学与医疗仪器研究相关学历教育、博士后培养与学术交流。
本发明具有以下有益效果：
1、本技术方法的模拟尺度为原子级，可以提供微观尺度下的材料性质与性能的表征与分析，这是一般实验手段难以达到的；
2、与第一性原理模拟方法相比较(102原子)，本技术方法的模拟空间尺度显著增加(103–106原子)，通过施加周期性边界条件，可以一定程度克服体系的尺寸效应对于反应体系真实情况带来的误差；
3、本技术方法的模拟时间尺度在飞秒到纳秒之间，属于超快时间尺度，这也是一般实验手段难以达到的；
4、本技术方法可以通过恒温器和恒压器控制体系的温度及压力，可以模拟不同温度及压力下体系的情况；
5、本技术方法可以实现对体系的各种形式的操控，如给体系某部分一定的力或速度，从而实现各种形式的现实模拟条件，如拉伸、挤压、冲击等。
技术合作
代表界面体系总势能，E
ink
代表墨水部分的势能，E
sub
代表基底部分的势能。当墨水与基底形成界面结构后，势能降低越多，说明界面黏附性能越好。
对于温度的影响，可以用原子间的径向分布函数进行表征。径向分布函数是相对于指定的某种粒子，其他粒子在空间的分布几率。温度的升高，往往带来体系的膨胀，因此其对结构的影响可在径向分布函数上得到体现。
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