一种分子动力学模拟等离子体改性玻璃界面特性的方法技术

一种分子动力学模拟等离子体改性玻璃界面特性的方法，属于等离子体改性研究领域，利用Materials Studio软件构建等离子体改性玻璃和纳米水液滴的相互作用模型，通过分子动力学模拟研究等离子体改性玻璃表面的界面物理化学特性。揭示了等离子体改性后玻璃界面与水分子之间相互作用微观机理，为进一步探究提高玻璃表面的润湿性机理和粘结强度提供理论基础。础。础。

【技术实现步骤摘要】
一种分子动力学模拟等离子体改性玻璃界面特性的方法


[0001]本专利技术属于等离子体改性研究领域，具体涉及一种分子动力学模拟等离子体改性玻璃界面特性的方法。

技术介绍

[0002]为满足日益增长的光学材料性能需求，玻璃表面需涂上具备自洁、防雾、减反射、耐磨、能量吸收等多功能的薄膜。在镀膜过程中，玻璃与薄膜的结合力是至关重要的。通过大量的材料研究和镀膜工艺的参数优化，可提高镀膜过程中玻璃与薄膜之间的结合力。其中，提高材料表面润湿性有利于提高玻璃与薄膜之间的粘接强度。与传统的表面活性剂、涂层和微结构等润湿性方法相比，等离子体改性法具有无二次污染、不损伤基底、高效环保等优点。此外，等离子体技术还可以有效去除湿法清洗后玻璃表面残留的有机污染物，可进一步提高玻璃表面的结合强度。因此，等离子体改性法作为一种改善材料表面结合性能的新方法，除了玻璃表面应用外，还广泛应用于碳纤维、沥青、聚合物和蛋白质材料等领域。含有UV光子、亚稳态、电子和离子的等离子体与暴露在玻璃表面的氧原子反应形成官能团。这些官能团与水分子形成氢键，形成亲水/超亲水表面。
[0003]然而，等离子体改性玻璃表面的粘接强度和润湿性受材料表面性能和环境条件等诸多因素的影响，需要综合考虑这些因素对等离子体改性后表面润湿性和粘接强度的影响。因此，从分子水平研究揭示水滴与玻璃表面的相互作用，以及等离子体改性处理后玻璃的界面特性，对分析玻璃表面润湿特性和影响因素十分重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种分子动力学模拟等离子体改性玻璃界面特性的方法，从分子角度揭示等离子体改性玻璃表面的界面特性，研究等离子体改性后玻璃界面的微观机理。
[0005]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种分子动力学模拟等离子体改性玻璃界面特性的方法，步骤如下：
[0006]S1、基于Materials Studio软件，构建等离子体改性二氧化硅模型并优化其结构；
[0007]S2、基于Materials Studio软件，利用Amorphous Cell模块构建纳米水滴模型；
[0008]S3、基于Materials Studio软件，基于上述构建的等离子体改性二氧化硅模型和纳米水滴模型，构建等离子体改性二氧化硅与纳米水滴的相互作用的改性二氧化硅表面润湿性模型；
[0009]S4、基于Materials Studio软件，基于上述改性二氧化硅表面润湿性模型，并对比分析不同条件对改性二氧化硅表面润湿性和粘接强度的影响。
[0010]优选的是，分子动力学模拟等离子体改性玻璃界面特性的方法，其具体步骤如下：
[0011]S1、构建等离子体改性二氧化硅模型并优化其结构，具体如下：
[0012]S11、基于Materials Studio软件的结构数据库，选择已经经过高温退火处理的非
晶二氧化硅模型，在非晶二氧化硅模型表面选取不同位置的原子进行删除，获得具有不同表面形貌的二氧化硅基底模型；
[0013]S12、基于Materials Studio软件，对S11中获得的具有不同表面形貌的二氧化硅基底模型的表面按照一定密度连接官能基团，并利用Supercell命令对完成官能基团连接的非晶二氧化硅模型进行扩建，获得等离子体改性二氧化硅基底模型；
[0014]S13、基于Materials Studio软件，针对S12中获得的等离子体改性二氧化硅基底模型，利用Surfaces模块中的Cleave Surface命令沿着(0，0，1) 方向获得等离子体改性二氧化硅模型，并通过Surfaces模块中Crystals命令建立真空层；
[0015]S14、基于Materials Studio软件，针对S13中获得的改性二氧化硅模型，利用Forcite模块进行能量最小化，消除分子间不合理的相互作用，优化结构的改性二氧化硅模型；
[0016]S2、构建纳米水滴模型，具体如下：
[0017]S21、基于Materials Studio软件，根据水的密度参数1g/cm3，利用 Amorphous Cell模块建立起含有水分子的立方体模型，将水立方体模型在一个标准大气压下进行模拟达到自然状态；
[0018]S22、基于Materials Studio软件，选取S21中水立方体模型中的一个纳米水滴，去除剩余的水分子，获得纳米水滴模型；
[0019]S3、构建改性二氧化硅表面润湿性模型，具体如下：
[0020]S31、基于Materials Studio软件，将S22中的纳米水滴模型，添加在S14 中经过优化的改性二氧化硅模型表面中心上方位置，获得构建改性二氧化硅表面润湿性模型；
[0021]S4、分子动力学模拟及综合分析：
[0022]S41、基于Materials Studio软件，针对改性二氧化硅表面润湿性模型设定其为周期性边界条件，并利用Modify模块中的Constraints命令约束住等离子体改性二氧化硅模型的基底，在不同环境温度下模拟纳米水滴与改性二氧化硅表面之间的相互作用。
[0023]S42、综合分析，重复步骤S11～S41，改变表面形貌、官能基团类型、官能基团密度，中的一项或者多项，对比分析不同模拟条件，对改性二氧化硅表面润湿性和粘接强度的影响。
[0024]优选的是，S11中所述的非晶二氧化硅模型，α＝β＝γ＝90
°
，其中，a、b、c为非晶二氧化硅晶胞轴长，α、β、γ分别表示a 和b、a和c、b和c的夹角。
[0025]优选的是，S11中所述的不同表面形貌的二氧化硅基底模型，其表面包括但不限于：S11中所述的不同表面形貌的二氧化硅基底模型，其包括但不限于：平面、方形沟槽和半圆形沟槽二氧化硅基底模型，所述的方形沟槽的尺寸在三个方向上均为1.07nm，半圆形沟槽的直径为1.07nm，所述平面，方形和半圆形沟槽的表面积比例约为1:2:1。
[0026]优选的是，S12中所述的官能基团包括但不限于：羧基基团(
‑
COOH)、醇基基团(
‑
OH)、醛基基团(
‑
CHO)和氨基基团(
‑
NH2)，各所述官能基团连接在非晶二氧化硅表面裸露氧原子上。
[0027]优选的是，S12中所述的官能基团的密度参照设置包括但不限于：0/nm2、 1.312/nm2、2.625/nm2、5.249/nm2、7.874/nm2、11.373/nm2，所述官能基团在二氧化硅基底模型表面随机分布。
[0028]优选的是，S12中扩建后获得的改性二氧化硅基底模型的尺寸为8.533
×ꢀ
8.533
×
1.807nm3，S13中添加在改性二氧化硅模型表面的真空层厚度为7nm。
[0029]优选的是，S21中所述的水立方体模拟体系在一个标准大气压下，体系中原子数量、压力和温度保持不变，在Materials St本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分子动力学模拟等离子体改性玻璃界面特性的方法，其特征在于，步骤如下：S1、基于Materials Studio软件，构建等离子体改性二氧化硅模型并优化其结构；S2、基于Materials Studio软件，利用Amorphous Cell模块构建纳米水滴模型；S3、基于Materials Studio软件，基于上述构建的等离子体改性二氧化硅模型和纳米水滴模型，构建等离子体改性二氧化硅与纳米水滴的相互作用的改性二氧化硅表面润湿性模型；S4、基于Materials Studio软件，基于上述改性二氧化硅表面润湿性模型，并对比分析不同条件对改性二氧化硅表面润湿性和粘接强度的影响。2.如权利要求1所述的分子动力学模拟等离子体改性玻璃界面特性的方法，其具体步骤如下：S1、构建等离子体改性二氧化硅模型并优化其结构，具体如下：S11、基于Materials Studio软件的结构数据库，选择已经经过高温退火处理的非晶二氧化硅模型，在非晶二氧化硅模型表面选取不同位置的原子进行删除，获得具有不同表面形貌的二氧化硅基底模型；S12、基于Materials Studio软件，对S11中获得的具有不同表面形貌的二氧化硅基底模型的表面按照一定密度连接官能基团，并利用Supercell命令对完成官能基团连接的非晶二氧化硅模型进行扩建，获得等离子体改性二氧化硅基底模型；S13、基于Materials Studio软件，针对S12中获得的等离子体改性二氧化硅基底模型，利用Surfaces模块中的Cleave Surface命令沿着(0，0，1)方向获得等离子体改性二氧化硅模型，并通过Surfaces模块中Crystals命令建立真空层；S14、基于Materials Studio软件，针对S13中获得的改性二氧化硅模型，利用Forcite模块进行能量最小化，消除分子间不合理的相互作用，优化结构的改性二氧化硅模型；S2、构建纳米水滴模型，具体如下：S21、基于Materials Studio软件，根据水的密度参数1g/cm3，利用Amorphous Cell模块建立起含有水分子的立方体模型，将水立方体模型在一个标准大气压下进行模拟达到自然状态；S22、基于Materials Studio软件，选取S21中水立方体模型中的一个纳米水滴，去除剩余的水分子，获得纳米水滴模型；S3、构建改性二氧化硅表面润湿性模型，具体如下：S31、基于Materials Studio软件，将S22中的纳米水滴模型，添加在S14中经过优化的改性二氧化硅模型表面中心上方位置，获得构建改性二氧化硅表面润湿性模型；S4、分子动力学模拟及综合分析：S41、基于Materials Studio软件，针对改性二氧化硅表面润湿性模型设定其为周期性边界条件，并利用Modify模块中的Constraints命令约束住等离子体改性二氧化硅模型的基底，在不同环境温度下模拟纳米水滴与改性二氧化硅表...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋一岚，李玉海，白清顺，苗心向，牛龙飞，吕海兵，周国瑞，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：