目的：介绍利用Forcite模块进行限制性剪切计算的方法。

所用模块：Materials Visualizer、Amorphous Cell、Forcite Plus、COMPASS

背景

Forcite中的限制性剪切计算任务模拟半刚性壁或表面之间受限流体的剪切流。流体可以是液体或低聚物。表面通常是无机氧化物或金属，尽管原则上，可以使用任何化学上合理的限制性表面材料。

限制性剪切计算是通过在墙上施加用户定义的速度来实现的。模拟以相等但相反的速度剪切两个墙壁，并通过谐波弹簧将它们固定在彼此相对的位置。

介绍

本教程将演示如何在层状结构上执行限制性剪切计算模拟。它首先使用多种工具（如Amorphous Cell和Layer Builder）来构建和定义不同的层结构。获得层状结构后，可以使用限制性剪切计算任务来运行模拟。

本教程包括如下部分：

• 开始

• 设置Fe层参数

• 构建一个十三烷分子

• 构建层状体系模型

• 平衡层状体系

• 运行限制性剪切计算模拟并分析结果

注意：为了和本教程中的参数保持一致，可以使用Settings Organizer对话框将工程中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。

1、开始

首先启动Materials Studio并创建一个新工程。

打开New Project对话框，输入ConfinedShear作为工程名，单击OK按钮。

新工程将以ConfinedShear为工程名显示于Project Explorer中。

2、设置Fe层参数

首先，从结构库中导入金属结构。

单击工具条上的Import按钮，打开Import Document对话框。从File name的文件类型列表中选择3D Atomistic Files。导航至并选择Structures\metals\puremetals\Fe.xsd文件，单击Open按钮。

下一步是由现存的晶胞建立超晶胞。

从菜单栏中选择Build | Symmetry | Supercell，打开Supercell对话框。将Supercell range增加为7 7 3，单击Create Supercell按钮。关闭对话框。

3、构建一个十三烷分子

要构建十三烷分子，首先使用聚合物构建工具Polymer Builder构建十二烷分子。

从菜单栏中选择Build | Build Polymers | Homopolymer，打开Homopolymer对话框。在Polymerize选项卡中，将Chain length更改为6。确保从olefins Library中选择了ethylene作为Repeat unit。单击Build按钮，关闭对话框。

十二烷分子将显示在新的3D Viewer中。修改结构，在链的一端添加额外的甲基。

在菜单栏中选择Selection工具，选择链一端的终端氢原子。

单击Modify Element的下拉箭头，从下拉列表中选择Carbon。在3D Viewer的任意位置单击以取消选择原子。

单击Adjust Hydrogen按钮，然后单击Clean按钮。

在继续下一步之前，将分子重命名为十三烷。

使用Project Explorer，将Polyethylene.xsd文件重命名为tridecane.xsd。

4、构建层状体系模型

本节将介绍构建包含十三烷的无定形晶胞的方法，然后使用Layer Builder将其放置在两层铁的层结构之间。

单击Modules工具条上的Amorphous Cell，选择Calculation。

打开Amorphous Cell Calculation对话框。

从Task下拉列表中选择Confined Layer。

定义十三烷分子的加载量和晶胞的密度，对于本教程为0.7 g/cm³。

从Molecule列表中选择tridecane.xsd，设置Loading为25。将Density设置为0.7 g/cm³。

单击More...按钮，打开Amorphous Cell Confined Layer对话框，从Lattice type下拉列表中选择Orthorhombic。

晶格常数定义晶格的尺寸。当想要建立层结构模型时，需要更改a和b参数，使其与金属层的参数相同。

双击Project Explorer中的Fe.xsd，使其成为当前文档。在3D Viewer中单击鼠标右键，然后从快捷菜单中选择Lattice Parameters。在Amorphous Cell Confined Layer对话框的Lengths (Å)部分，输入Lattice Parameters对话框中显示的a和b值。关闭Lattice Parameters和Amorphous Cell Confined Layer对话框。

Amorphous Cell算法的默认模式是使用主链原子之间的键作为可旋转键。构建聚合物时，会自动将主链原子定义为头原子和尾原子之间的路径。在本例中，对结构进行了编辑，并添加了一个未定义为主链原子的额外甲基。Amorphous Cell可以自动找到所有柔性扭矩，在本例中，将包括新增加的扭矩。

在Amorphous Cell Calculation对话框中，单击Options...按钮，打开Amorphous Cell Options对话框。勾选Include non backbone torsions复选框，关闭对话框。

在启动计算任务前，需要定义能量设置和新的计算任务描述。

在Amorphous Cell Calculation对话框的Energy选项卡上，从Forcefield下拉列表中选择COMPASSIII，并从Electrostatic求和方法下拉列表中选择Group based。

单击Forcefield后的More...按钮，打开Amorphous Preparation Options对话框。确保Charge groups选择了Calculate automatically。关闭对话框。

Amorphous Cell在分配电荷后自动计算电荷组。默认的计算方法是Divide-and-conquer，它递归地将分子拆分成电中性基团。

单击Run按钮并关闭对话框。

计算任务完成后，名为tridecane.xtd的文档将返回到工程中的tridecane AC Layer文件夹。

一旦建立了无定形晶胞，即可以将其添加到层结构中。

从菜单栏中选择Build | Build Layers，打开Build Layers对话框。在Define Layers选项卡中，选择Layer1为Fe.xsd、Layer2为tridecane.xtd、Layer3为Fe.xsd。

这建立了一个三层的层结构，其中十三烷层夹在两个铁层结构之间。

选择Build Layers对话框上的Layer Details选项卡。

可指定是否向层结构的任一端添加真空层。

选择Options选项卡，然后勾选Configure for confined shear use复选框。更改回Layer Details选项卡，然后更改为Define Layers选项卡。

要运行限制性剪切模拟计算，每层结构必须具有特定的名称，如Define Layers选项卡上所示。此外，也将为结构增加20 Å的真空层，因此底部墙壁的非键相互作用不会影响顶部墙壁。

单击Build按钮，并关闭对话框。

几秒钟后，将打开一个名为Layer.xsd的新3D原子结构文档，其中包含刚才建立的层结构。

在Project Explorer中，将其拖动到工程根目录中。将Layer.xsd设为当前文档，然后按键盘上的向上键两次以旋转视图。

现在可以观察到层结构模型。

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