Materials_Studio 软件与高分子材料的结合应用 李佳萱
雨凇（南京林业大学，
江苏南京210037）
摘
马旭初要：Materials_Studio 作为新一代的材料计算软件，帮助解决当今化学及材料工业中的许多重要问题。文章将
它和传统实验技术相比并进行了优缺点分析及举例子说明了如何利用该软件进行高分子材料的学习。关键词：Materials_Studio ；高分子材料； 传统实验机能作者简介：李佳萱（2000-），女，江苏徐州人，主要研究方向： 高分子材料。Metallurgy and materials
1Materials_Studio 简介
Materials_Studio 软件是由美国公司Accelrys 开发
研究的一款材料计算软件。可以帮助我们解决当今化学、材料工业中的一系列问题。比如构型优化、性质预测以及动力学模拟和量子力学计算等。目前它已被应用在许多行业。一些大学甚至开设了相关的计算机材料软件研究课程。其中主要包括的模拟方法由量子力学的密度泛函数理论、半经验的量化计算方法、分子力学、分子动力学以及介观模拟方法等。 作为一款材料计算软件它采用Client/Server 结构，Windows98、NT 或NT 系统都可以是它的客户端。而计算服务器则可以是本机的Windows98、2000或NT ，也可以是网络上的Win 动物是2000、Windows NT 、Linux 或UNIX 系统。
它的基本环境为MS.Materials Visualizer.包括MS.Synthia.MS.Blends.MS.DPD 等模块。其操作界面如下：
司马辽太郎
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Materials_Studio 的优缺点
2.1消耗少、
成本低在过去材料的研究方法属于实验研究，主要研究
材料的性能、结构、组成、成分、优化等问题。是借助实验设备消耗大量的实验材料所进行的实验行为。所使用的实验设备大多数是非常昂贵的，比如扫描透射电子显微镜、紫外吸收
光谱仪、红外吸收光谱仪、投射电子显微镜等。在一定程度上其实是限制了材料研究方面的发展。而计算机材料软件在这方面是可以实现零消耗的。
2.2周期短、
效率高随着Materials_Studio 运算速度的日益提高，相比较实验研究具有较高的试验速度。
（1）可信度高
Materials_Studio 的运行是建立在一定的理论基础上的，避免了认为记错理论使用错理论的失误。消除了
图1操作界面
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第3期
计算过程中的偶然性，因此，具有较高的可信度。
勒夫波3在以后的高分子材料学习中如何将两者有效结合
高分子材料作为以高分子化合物为基础的材料，具有较小的密度、较高的力学、耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性等特征，目前被广泛应用于医学、航天等各种行业中。而分子动力学模拟与理论和实践相互促进，相互推动，与真实实验相似，能够在原子层面给出材料的微观演变过程，体现其背后的原理和规律。目前已将其应用于模拟扩散、相变、薄膜生长、表面缺陷等方面，并且可以得到相关物理量。因此如何利用Materials_Studio 来了解、提高和优化高分子的性能成为了当代人们研究的重要课题，
文章以利用Materials_Studio来获得分子动力学模拟过程以及计算高分子的共混相容性为例简述Materials_Studio对分析高分子材料的有效利用。
Shanshan Dai等人利用Materials_Studio中的MD 模型（用计算机在分子水平上来模拟分子的结构与行为，从而得到所模拟分子的各种物理性质）研究建立了SiO2/聚丙烯酰胺核壳结构复合材料的分子动力学模拟过程。首先通过构建羟基化二氧化硅模型与交联聚丙烯酰胺模型的构建进而实现复合高分子材料的构建。而后为了研究PAM交联度、温度等对复合材料的影响，设置不同的分子动力学模型。最后得到了温度是影响符合材料中聚合物链流动性的主要影响因素以及聚合物的交联可以显著提高复合材料力学性能和其延展性的结论，同时表明了适当的温度升高可以增强复合材料的韧性。特戊酰氯
杨芳婧利用Material Studio软件模拟聚丙烯膜中肉桂醛的释放行为，并进行了实验研究。结果表明分子模拟与实验结果具有很好的一致性。得到的结果都是温度越高，扩散系数越高，不同聚丙烯在中肉桂醛的扩散系数排列顺序为PP-R＞PP-B＞PP-H。而且模拟值比预测值更接近实验值，说明分子动力学模拟聚合物中小分子物质的扩散行为相对准确。
同样可以通过借助分子动力学模拟来计算内聚能
密度进而确定聚合物的可混合性。混合物的能量与混合物的内聚能密度及纯组分的内聚能密度关系如下：ΔE mix=ψA E coh V()+ψB E coh V()B-E coh V()mix
运用分子动力学MD模拟和介观模拟DPD可以研究计算出聚氧乙烯PEO和聚氯乙烯PVP共混物的相容性。首先通过MD模型可以计算出以下这些物质的玻璃化转变温度为251、268、280、313、350℃（PEO、PEO/ PVC70/30、PEO/PVC50/50、PEO/PVC30/70）。扭转角和范德华力的贡献最大。由上述公式关于内聚能的计算可以得到Flory-Huggins参数和分子内的原子的径向分布可以得到结论——
—PEO/PVC70/30和PEO/PVC30/70的可混合性要比PEO/PVC50/50好的多。而从DPD模拟方面可以计算得到同样的结论，即PEO/PVC70/30和PEO/PVC30/70的可混合性要比PEO/PVC50/50好的多PEO/PVC70/30和PEO/PVC30/70的可混合性要比PEO/PVC50/50好的多，因为相分离现象在PEO/PVC 50/50中非常明显。两种模拟方式结合同时得到可混合性好的物质中的氢键数量较多。后有学者借助单纯的分子动力学计算得到了纯PEO和纯PHB的浓度参数，此结果和上述实验结果吻合，验证了实验结果的准确性，证明了Materials_Studio软件的有效利用。
广东海洋大学学报不可否认的是将Materials_Studio材料计算机软件与高分子材料研究相结合会节省巨大的人力物力，具有巨大的未来前景，值得我们投入心思研究。
参考文献
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［J］.化工进展，2018，（9）：2547-2553.
［2］杨芳婧.聚丙烯膜中肉桂醛的释放实验研究及分子动力学模拟.［D］.暨南大学，2016.
［3］Luo Zhonglin，Jiang Jianwen.Molecular dynamics and dissipative particle dynamics simulations for the miscibility of poly（ethylene oxide/poly（vinyl chloride）blends［J］.Polymer，2010，51（6）：291-299.
［4］Yang Hua.Shen Li Ze，Qian Hu-Jun，et al.Molecular dynamics simulation studies binary blend miscibility of poly（3-hydroxy-butyrate）and poly（ethylene oxide）［J］.Polymer，2004（5）：453-457.
李佳萱：Materials_Studio软件与高分子材料的结合应用
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