[发明专利]一种在介观尺度上搭建T形、π形和燕尾形三组分双亲分子粗粒化模型的方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种在介观尺度上搭建T形、π形和燕尾形三组分双亲分子粗粒化模型的方法。

背景技术

所谓三组分双亲分子是由不同化学组成的尾链、棒状液晶基元、侧链甚至支链构成的。具有非线性拓扑结构的三组分双亲分子，如T形、π形、燕尾形等，属于新型的功能性非线性双亲分子，由于其新型的自组装结构和广泛的工业用途，如显示器可控激光、灵敏流体以及半导体吸引了广泛的关注。在这些液晶体系中，熵不相容性以及化学键合约束的协同效应，以及棒状液晶基元之间的各向异性相互作用和构象熵不匹配的耦合作用可以显著提高介观尺度相结构的复杂性和多变性。尽管实验上发现了三组分双亲分子一系列丰富的自组装超分子结构，但结构的表征仅局限于X射线衍结果和投射电镜图案，分子级别的即时形貌表征很难利用现有的实验手段观察到。计算机模拟作为实验的补充研究工具，在学习该体系自组装行为方面具有重要应用价值。

经典的计算机模拟方法关注微观尺度的原子细节，但三组分双亲分子属于液晶范畴，其自组装行为发生在介观尺度，因此包含所有结构细节的全原子模型显然不能够满足观察自组装行为的要求。因此，我们采用耗散粒子动力学方法（Dissipative Particle Dynamics,DPD），可以把微观尺度上的几个分子甚至是高分子链中的若干个片段粗粒化成DPD模型中的一个粒子，这样既能够体现三组分双亲分子的复杂拓扑结构，也能区别不同化学结构的分子组分，同时可以利用成功构建的粗粒化模型进一步探索和讨论介观尺度上的物理问题，如自组装和微相分离等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在介观尺度上搭建T形、π形和燕尾形三组分双亲分子粗粒化模型的方法。可以利用成功构建的粗粒化模型进一步探索和讨论介观尺度上的物理问题，如自组装和微相分离等

本发明采用的技术方案是提供一种在介观尺度上搭建T形、π形和燕尾形三组分双亲分子粗粒化模型的方法，包括如下步骤：

1)在模拟体系中任选一点作为起始原点，代表粗粒化模型主链的端基粒子，沿Z轴正方向以粒子质心间平衡距离（0.7）为间距搭建主链，搭建工作完成后赋予代表液晶基元和尾链的粗粒化粒子不同的属性以区分不同化学结构的分子组分；

2)具有特殊拓扑结构的三组分双亲分子侧链部分的搭建要视情况而定，

a)对于T形分子，首先要找到主链中间位置的接枝粒子，沿Y轴正方向以粒子质心间平衡距离（0.7）为间距搭建侧链，直至侧链末端粒子出现。然后赋予侧链不同于其他两种组分的粒子属性。

b)对于π形分子，首先找到位于主链中代表棒状液晶基元的一端接枝粒子，沿Y轴正方向以粒子质心间平衡距离（0.7）为间距搭建其中一条侧链，然后找到棒状液晶基元的另一端接枝粒子，同样沿Y轴正方向以粒子质心间平衡距离（0.7）为间距搭建另一条侧链，搭建完成后赋予侧链不同于其他两种分子组分的粒子属性。

c)对于燕尾形分子，侧链的搭建方法与b中π形分子完全一致，首先找到位于主链中代表棒状液晶基元的一端接枝粒子，沿Y轴正方向以粒子质心间平衡距离（0.7）为间距搭建其中一条侧链直至侧链末端粒子出现。然后找到棒状液晶基元的另一端接枝粒子，同样沿Y轴正方向以粒子质心间平衡距离（0.7）为间距搭建另一条侧链，直至侧链末端粒子出现。搭建完成后赋予侧链粒子不同于其他两种分子组分的粒子属性。

支链的搭建方法是，首先找到位于棒状液晶单元头部的侧链，然后找到侧链上倒数第（n+1）个接枝粒子，沿Z轴负方向以粒子质心间平衡距离（0.7）为间距搭建支链至第n个粒子。然后找到位于棒状液晶单元尾部的侧链，然后找到侧链上倒数第（n+1）个接枝粒子，沿Z轴正方向以粒子质心间平衡距离（0.7）为间距搭建另一条支链至第n个粒子。赋予所有支链粒子与侧链相同的粒子属性。

3)在模型构建过程中，所有的粒子满足周期性边界条件；

4)重复以上过程直至体系密度达到3.0。

本发明的效果是提供了一种在介观尺度上搭建T形、π形和燕尾形三组分双亲分子粗粒化模型的方法，可以利用成功构建的粗粒化模型进一步探索和讨论介观尺度上的物理问题，如自组装和微相分离等.

附图说明

图1是尾链为1个粗粒化粒子，液晶单元为3个粗粒化粒子，侧链为3个粗粒化粒子的T形三组分双亲分子的粗粒化模型。

图2是尾链为1个粗粒化粒子，液晶单元为3个粗粒化粒子，两条侧链分别为3个粗粒化粒子的π形三组分双亲分子的粗粒化模型。