一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，属于计算机模拟技术领域。以PP为基底，通过PP与偏聚氟乙烯(PVDF)、聚酰亚胺(PI)材料进行共混，研究不同共混比下复合材料的关键物理性能改善效果。该方法有利于便捷、准确地预测金属化聚丙烯薄膜的关键物理性能，降低实验成本，缩短研发周期。此外，可以进一步提高物理性能的检测准确度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算机模拟，尤其涉及材料模拟，更涉及一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、聚丙烯(polypropylene，pp)具有耐化学腐蚀、耐热和电绝缘性能好等优良特点，是金属化薄膜电容器的首选电介质材料，pp的性能稳定性直接影响电容器的储能特性和使用寿命。但是pp的介电常数较低，可承受的工作温度在85℃以下。在高电场或高温工作条件下，pp的电导损耗较高，并且随着温度和电场的升高而急剧增加，导致储能电容器的运行不稳定，甚至造成严重事故，无法满足实际应用需求。随着计算机技术的高速发展，借助计算机模拟对开发新材料的实验方案辅助研究的方法已被广泛应用。
3、目前，提升金属化聚丙烯薄膜关键物理性能主要是采用实验手段获得，但是实验周期长、成本高，结果往往不尽如人意。
技术实现思路
1、为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，该方法有利于便捷、准确地预测金属化聚丙烯薄膜的关键物理性能，降低实验成本，缩短研发周期。
2、为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
3、本专利技术的第一方面，提供一种提升金属化聚丙烯薄膜关键物理性能的方法，包括以下步骤：
4、s1、在materials studio中，构建pp、pvdf、pi分子模型；同时构建羟基化h-bnns分子模型；</p>5、s2、对s1所构建的分子模型选择力场和电荷；
6、s3、对s2所得分子模型进行几何优化；
7、s4、将步骤s3所得pp、pvdf和羟基化h-bnns分子模型或pp、pi和羟基化h-bnns分子模型混合到得到复合体系，对复合体系进行几何优化、退火处理及预平衡处理，得到初始构型；
8、s5、对s4中所得初始构型在特定温度下进行分子动力学计算，得到弛豫构型；
9、s6、后对弛豫构型进行机械性能、热性能和介电性能分析；
10、所述导热性能的导热系数计算时，引入范德华力。
11、在本专利技术的具体实施方式中，所述s1中，预先设定分子链的聚合度和h-bnns的晶体结构；
12、具体的，pp分子链的聚合度为30，pvdf分子链的聚合度为30，pi分子链的聚合度为4；
13、pp分子链、pvdf分子链、pi分子链的数量均为1；
14、在h-bnns边缘处b原子上进行-oh接枝处理获得羟基化h-bnns，接枝位点随机，共接枝-oh个数为15，接枝率为3-5％；优选为4％；
15、优选的，h-bnns的长度为宽度为
16、在本专利技术的具体实施方式中，所述s2中，采用universal力场，能量和力的收敛分别为1×10-4kcal/mol和可覆盖pp、pvdf、pi和羟基化h-bnns，使得每种原子、键都能合理分配合理的数据。
17、在本专利技术的具体实施方式中，所述s3中，几何优化采用smart算法，最大迭代次数50000次，可根据需要设置之间。
18、在本专利技术的具体实施方式中，所述s4中，pp、pvdf和羟基化h-bnns的质量比为80％：15％：5％、70％：25％：5％或60％：35％：5％；
19、或pp、pi和羟基化h-bnns的质量比为80％：15％：5％、70％：25％：5％或60％：35％：5％。
20、在本专利技术的具体实施方式中，所述步骤s4中几何优化的参数设置为：力场选择universal力场，能量和力的收敛容差分别为1×10-4kcal/mol和最大迭代次数根据实际需要设置，可设置为50000。几何优化能够使体系达到能量最低状态，即保证体系稳定。
21、在对模拟几何优化初步处理之后，为了防止模拟体系陷入局部能量的最低点，需要借助退火模拟anneal模块搜寻全局能量最低点状态，这一步通过施加外界温度变化来实现。
22、所述步骤s4中，退火处理在恒温恒体积nvt系综下进行；
23、具体的，在nvt系综下设置退火循环次数为5；初始温度为200k，循环中期温度为600k，每个循环温阶为5、每个温阶的动力学步骤2000，总共模拟时间为100ps。
24、在本专利技术的具体实施方式中，所述步骤s4中，预平衡处理，首先在恒温恒体积nvt系综下进行100ps的弛豫过程，然后在恒温恒压npt系综下进行200ps的弛豫过程。nvt系综是保证体系在特定温度下达到一个平衡态，再通过npt系综使体系的体系、密度等发生改变并达到稳定状态，得到复合体系的实际结构；
25、具体的，nvt系综下，初始速度initial velocities为随机的，温度为298k，时间步长为1fs，总共模拟时间100ps；nvt系综弛豫得到的分子构型，进行npt系综弛豫，压力设置为1e-4gpa，总共模拟时间为200ps，弛豫过程结束后得到复合体系的实际结构。
26、在本专利技术的具体实施方式中，步骤s5中，分子动力学计算包括nvt系综和npt系综下进行md弛豫；
27、更具体的，nvt系综下，将s4所得结构从常温升至600k,步长为1fs，总模拟时间为100ps，热裕方式为nose，控压方式为berendsen，能量收敛极限为50000kcal/mol；
28、600k下将系综换为npt，压力设置为1e-4gpa，总模拟时间为200ps，其余保持不变。
29、以50k为时间间隔，从600k到200k先用nvt系综进行降温处理，再用npt系综弛豫使体系达到实际结构。
30、在本专利技术的具体实施方式中，所述机械性能计算参照如下公式：
31、
32、g＝μ
33、
34、
35、式中，λ和μ均为lame常数，e为杨氏模量，g为剪切模量，b为体积模量，v为泊松比。
36、在本专利技术的具体实施方式中，玻璃化转变温度的通过如下方法获得：
37、1)通过forcite analysis density获取不同温度下所有复合体系的密度平均值；
38、如：打开纯pp体系在200k-600k共9个温度下的npt系综弛豫后的所有帧构型，以200k温度下的所有帧构型为例，使用forcite分析模块得到该温度下体系密度平均值；目的是将体系弛豫前期未平衡的结构去除，分析后，即可得到纯pp体系在200k温度下的密度平均值。其余温度下的操作步骤均和上述相同。
39、2)将步骤1)中的密度平均值取倒数得到比体积，通过对比体积-温度进行作图，得到的拟合曲线的交点即为玻璃化转变温度。
40、在本专利技术的具体实施方式中，所述热膨胀系数的计算公式为：
41、
42、式中，cte为热膨胀系数，v0是体系的初始体积，本文档来自技高网
...
【技术保护点】
1.一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，所述S1中，预先设定分子链的聚合度和h-BNNS的晶体结构；
3.如权利要求1所述的一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，所述S2中，采用Universal力场，能量和力的收敛分别为1×10-4kcal/mol和
4.如权利要求1所述的一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，所述S3中，几何优化采用smart算法。
5.如权利要求1所述的一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，所述S4中，PP、PVDF和羟基化h-BNNS的质量比为80％：15％：5％、70％：25％：5％或60％：35％：5％；
6.如权利要求5所述的一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，所述步骤S4中几何优化的参数设置为：能量和力的收敛容差分别为1×10-4kcal/mol和
7.如权利要求1所述的一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，所述步骤S4中，退火处理在恒温恒体积系综下进行；
8.如权利要求1所述的一一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，所述步骤S4中，预平衡处理，首先在恒温恒体积系综下进行100ps的弛豫过程，然后在恒温恒压系综下进行200ps的弛豫过程，得到复合体系的实际结构。
9.如权利要求8所述的一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，恒温恒体积系综下，初始速度为随机的，温度为298K，时间步长为1fs，总共模拟时间100ps；
10.如权利要求1所述的一一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，步骤S5中，分子动力学计算包括恒温恒体积系综和恒温恒压系综下进行MD弛豫；
...
【技术特征摘要】
1.一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，所述s1中，预先设定分子链的聚合度和h-bnns的晶体结构；
3.如权利要求1所述的一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，所述s2中，采用universal力场，能量和力的收敛分别为1×10-4kcal/mol和
4.如权利要求1所述的一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，所述s3中，几何优化采用smart算法。
5.如权利要求1所述的一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征在于，所述s4中，pp、pvdf和羟基化h-bnns的质量比为80％：15％：5％、70％：25％：5％或60％：35％：5％；
6.如权利要求5所述的一种提升金属化聚丙烯薄膜物理性能的方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：李长云，范延岐，庄晓涵，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。