Materials Studio官方教程：Forcite——计算两种聚合物的相容性【1】

4、使用Amorphous Cell构建无定形混合物晶胞

当聚合物模型已经搭建之后，应在无定形晶胞中将其混合。

单击Modules工具条上的Amorphous Cell下拉箭头，从下拉列表中选择Calculation，或从菜单栏中选择Modules | Amorphous Cell | Calculation。

打开Amorphous Cell Calculation对话框。

最初，需要定义要添加到晶胞中的聚合物。

从Composition表格中Molecule列的第一行选择优化后的结构文件Polystyrene.xsd，第二行选择优化后的结构文件Polypropylene.xsd。将目标Density设置为0.9 g/cm³。

由于已经更改了目标密度，晶格常数将自动调整。

在Project Explorer中，单击miscibility树形目录。单击Run按钮，关闭对话框。

几秒钟后将在Project Explorer中显示一个新文件夹Polystyrene AC Construct。与之前相同，任务状态摘要显示在Job Explorer中。

Job Explorer显示正在运行且与此工程关联的所有计算任务的相关信息，例如服务器和任务标识号。如果需要，也可以使用Job Explorer停止计算任务的运行。

此计算没有实时更新，因此应该等待计算完成后再继续。这可能需要较短的时间。

5、在晶胞上运行分子动力学计算

除非有需要修改参数设置，否则Amorphous Cell将对新创建的晶胞执行几何优化。这是必需的，因为分子可能不会均匀分布在整个晶胞中，从而产生真空区域。晶胞建成后，应该运行一个短时间的分子动力学模拟来平衡体系。这种几何优化和分子动力学的过程被称为弛豫结构，应该在构建无定形晶胞时进行。

一旦晶胞结构已经优化，可以进行产生构型的计算任务，生成多帧构型，用于内聚能密度的计算。

本例中，将执行短时间结构平衡的计算运行和短时间产生构型的计算运行。

注意：只要体系处于平衡状态，较长时间产生构型的计算运行将给出更精确的结果。

打开Forcite Calculation对话框，将Task更改为Dynamics。

单击More...按钮，打开Forcite Dynamics对话框。

在Dynamics选项卡中，将Ensemble更改为NVT。在Thermostat选项卡中将Thermostat更改为Velocity Scale。

确保Amorphous Cell Construction计算任务产生的轨迹文件为当前文档。

单击Run按钮。

平衡几何构型的计算任务使用NVT系综进行，以确保体系处于正确的温度。

在Forcite Dynamics对话框的Dynamics选项卡中，将Ensemble更改为NVE。确保Frame output every设置为500，关闭对话框。

这意味着轨迹文件将包含11帧。

确保上述Forcite Dynamics计算任务产生的轨迹文件为当前文档。勾选Restart复选框，单击Run按钮。

当计算结束后，应保存工程。

从菜单栏中选择File | Save Project。

6、计算内聚能密度

一旦有了构型平衡后的轨迹文档，就可以使用Forcite Cohesive Energy Density任务计算内聚能量密度。

在Forcite Calculation对话框中，将Task更改为Cohesive Energy Density。

可以选择仅分析当前文档的一帧，也可以选择逻辑轨迹文档。逻辑轨迹选项可将同一结构上的多个动力学计算添加到一起，并分析所有结果。在本例中，将定义一个逻辑轨迹，其中包含已完成的单个动力学运行的所有帧。

打开Forcite Dynamics计算得到的Polystyrene.xtd输出轨迹。

保持Frame filter设置为ALL，单击More...按钮，打开Forcite Cohesive Energy Density对话框。勾选Include structure in study table复选框，关闭对话框。

计算结果数据表将包括每个分析的帧的结构。

单击Run按钮并关闭对话框。

内聚能量密度计算使用客户端-服务器架构，结果将返回到Polystyrene Forcite CED文件夹。将返回多个文档，包括轨迹、数据表、状态和摘要文本文档。

在文本文件Polystyrene.txt中，向下滚动并查找"--- Cohesive energy density & solubility parameters ---"一行。

文本文件包含以J/m3为单位的平均内聚能密度。

内聚能密度用于确定聚合物的相容性。每单位体积的混合能与混合物和纯组分的内聚能密度有关，如下所示：

式中，φ_A和φ_B是混合体系中A和B的体积分数。前两项可通过仅使用一种聚合物组分以与上述相同的方式计算。

通常，聚合物混合物的混合能为正，表明混合需要能量。这通常用无量纲Flory-Huggins参数χ表示：

其中，混合能以Flory-Huggins理论中使用的体积单位表示。Flory-Huggins参数的常见近似值是：

式中，ν是用于χ的参考体积，δ是溶解度参数：

可利用本教程生成的结果评估以上性质。

本教程到此结束。

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