【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨烯表面湿润与亲疏水性的研究，具体涉及一种基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法。
技术介绍
1、石墨烯是一种迅速崛起的二维材料。目前，大量的研究工作都集中在石墨烯非凡的机械、电学、热学和光学方面的特性上。但石墨烯的润湿性也是其重要特性之一。石墨烯湿润性在自清洁、涂层、防腐和水净化等方面的巨大应用。随着微流体系统的发展、新型石墨烯材料的出现以及人们对微观石墨烯研究兴趣的增加，纳米润湿石墨烯的现象受到越来越多研究人员的重视。
2、表面是指固体表层一个或数个原子层的区域。由于表面粒子没有双向连接的粒子，故固体物质表面的物理或化学特性明显不同于固体内部。由于固体表面具有重大的研究意义，所以关于表面研究已经形成一门新的学科——表面科学。而从工程来说，往往需要获取特定表面厚度结构的信息。而针对石墨烯应用的半导体领域，则集中于微纳米尺度下材料的表面特征。此外，纳米液滴从性质上不同于自然界随处可见的宏观液滴，它是处于介观或者微观状态的。但事实上，纳米液滴也是广泛存在于生活中的，例如，固体浸润后表面的液态薄膜，或者人身体内的微毛细血管中的液体也是一维纳米液滴。固体的表面总是会存在与其他相态物质相接触的现象，在表面力作用下，接触面上会发生一系列物理现象。故湿润现象就是液体与固体表面所产生的界面现象。
3、但由于纳米液滴湿润石墨烯的湿润界面行为的研究较少，且实验条件和成本过高，实际上很难实现湿润行为。并且，纳米级的界面湿润现象会产生与宏观湿润现象不同的物理性质。故需要一种考虑成本效益且准确判断纳米液滴湿
技术实现思路
1、基于现有技术中的上述现状和需求，本专利技术为了解决探索纳米液滴湿润石墨烯的动力学行为中实验成本高、且出错率大等问题，提供了一种基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法。
2、具体的，一种基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法，包括如下步骤：
3、(1)通过(美国sandia国家实验室开发)大规模原子/分子并行模拟器lammps计算纳米液滴湿润石墨烯的微观机理过程；
4、(2)根据工程中的尺寸要求，使用lammps建立纳米液滴和石墨烯的模型，并进行能量最小化；
5、(3)选择合适的时间步长和velocity-verlet积分算法对模型进行分子迭代以及合适的势函数、即启动计算；
6、(4)设定坐标；给纳米液滴提供一个初始向下的速度，即设定初始速度种子；并且固定石墨烯使其不移动；
7、(5)经过时间步t+δt的循环计算；
8、(6)dump计算和获取的体系内原子的坐标数据；
9、(7)对模拟体系设定边界条件，使得原子在计算过程中不会飞离模拟盒子；
10、(8)计算体系内各个原子的id、原子的xyz坐标、原子xyz方向的速度、和原子xyz方向的受力大小；
11、(9)在迭代的过程中得到相应物理量并进行系综平均进行统计和计算(例如，基于热导率、粘度、接触面积等)；
12、(10)时间步如果达到tmax则停止计算，否则返回步骤(5)继续模拟计算。
13、其中，所述步骤(2)是使用lammps建立一个长方形盒子，在长方形盒子中心区域建立一个立方体纳米液滴，并且在盒子底部建立一个规则完整的石墨烯基地。
14、其中，所述步骤(3)中使用的velocity-verlet积分算法是利用泰勒进行展开计算其公式(a)如下：
15、
16、将以上两个表达式相加可得式(b)：
17、
18、上式中x、v是指体系内各个原子的位移和速度，t表示为计算所需的时间。并且，步骤(3)中对于石墨烯的力场选用airebo势函数，它可以模拟石墨烯的非局域共轭键表达式如下式(c)所示：
19、
20、其中，e为体系内各个碳原子的能量大小，表示石墨烯的非局域共轭键能量，表示碳原子的能量。此外，对于纳米液滴的势函数本专利技术使用了lj势函数，其表达式(d)如下：
21、
22、式中，elj为纳米液滴的能量，r是液滴内各个原子的距离，ε是各个原子的能量参数，σ是各个原子的距离参数。
23、所述步骤(7)是对模拟体系使用周期性边界条件。
24、所述步骤(9)是在计算液滴湿润石墨烯时得到其液滴湿润展开的数密度、铺开长度、纳米液滴铺展面积、接触角等物理量。
25、本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的一种基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法，能够通过建立的理论模型准确、快速、有效地计算出石墨烯材料表面的纳米液滴的数密度和铺开长度等物理量，极大地提高效率，为探索纳米液滴湿润石墨烯时其微观形态的变化和湿润行为提供了新策略，开辟了新的研究方向，并避免了实验带来的高成本、难实现和应用性差等问题。
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1.一种基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤(2)是使用Lammps建立一个长方形盒子，在长方形盒子中心区域建立一个立方体纳米液滴，并且在盒子底部建立一个规则完整的石墨烯基地。
3.根据权利要求1或2所述的基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤(3)中使用的velocity-verlet积分算法是根据下式(a)进行展开计算：
4.根据权利要求1-3任一所述的基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，石墨烯的力场选用airebo势函数，模拟石墨烯的非局域共轭键表达，如下式(c)所示：
5.根据权利要求1-4任一所述的基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对于纳米液滴的势函数使用LJ势函数，其表达如下式(d)所示：
6.根据权利要求1-5所述的基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法，其特
7.根据权利要求1-6所述的基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤(9)是在计算液滴湿润石墨烯时得到其液滴湿润展开的数密度、铺开长度、纳米液滴铺展面积和接触角。
...【技术特征摘要】
1.一种基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤(2)是使用lammps建立一个长方形盒子，在长方形盒子中心区域建立一个立方体纳米液滴，并且在盒子底部建立一个规则完整的石墨烯基地。
3.根据权利要求1或2所述的基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤(3)中使用的velocity-verlet积分算法是根据下式(a)进行展开计算：
4.根据权利要求1-3任一所述的基于分子动力学模拟的纳米液滴湿润石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏巧铭，康利，郭金艳，王浩，张海涛，夏赫锴，
申请(专利权)人：北京航天新立科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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