一種粗粒化分子動(dòng)力學(xué)研究水-表面活性劑-液晶三相混合體系的模型構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)分子模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粗?；肿觿?dòng)力學(xué)研究水-表面活性劑-液晶三相混合體系的模型構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在最近的十年間，新型的水-液晶界面成為新的研究熱點(diǎn)，以其潛在的應(yīng)用價(jià)值和奇特界面性質(zhì)吸引了眾多的實(shí)驗(yàn)、理論和模擬研究。這種新型的界面系統(tǒng)與常見(jiàn)的固體-液晶界面有著本質(zhì)的不同，以界面吸附對(duì)錨定取向的影響為例，二者的差別大約有四點(diǎn):1.吸附的表面活性劑在界面的熱力學(xué)狀態(tài)不同:在平衡狀態(tài)下，水溶液中表面活性劑的濃度決定了它在水-液晶界面的化學(xué)勢(shì)，因此，溶液中表面活性劑濃度的改變勢(shì)必會(huì)影響其在界面上的結(jié)構(gòu)排布。與之相反，在固體表面，表面活性劑是預(yù)先沉積其上，然后再與液晶本體接觸，因此，不存在與表面活性劑本體溶液的平衡關(guān)系。2.表面活性劑在水-液晶界面的具有更好的流動(dòng)擴(kuò)散性，允許界面自組裝結(jié)構(gòu)的重構(gòu)。此外，這種流動(dòng)性也有利于揭示液晶有序與表面活性劑的耦合關(guān)系。3.水-液晶界面可在應(yīng)力作用下形變，而傳統(tǒng)的固體表面則都是剛性的，與液晶接觸不會(huì)發(fā)生任何的形變。4.水-液晶界面有利于我們研究雙親分子在界面上的動(dòng)態(tài)吸附、解吸附和自組裝過(guò)程。綜合這些特殊的界面性質(zhì)，液晶分子在水-液晶界面的取向行為將具有一個(gè)完全不同的微觀機(jī)制，給我們提出了新的挑戰(zhàn)。此夕卜，結(jié)合液晶的光學(xué)各向異性，水-液晶界面的液晶取向性質(zhì)可以直觀地實(shí)時(shí)反映界面結(jié)構(gòu)的變化，包括吸附、結(jié)構(gòu)重排、生物分子的binding events等,適用于各種界面現(xiàn)象的研究。同時(shí)，這一實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也極具工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，可開(kāi)發(fā)用于化學(xué)、生物和醫(yī)學(xué)傳感器。
[0003]盡管在過(guò)去十年間，液晶分子在水-液晶界面的錨定現(xiàn)象吸引眾多的實(shí)驗(yàn)和理論研究，但是，其分子尺度上的微觀機(jī)制仍然不甚清楚，例如，表面活性劑在水-液晶界面的自組裝結(jié)構(gòu)以及它與液晶取向有序的耦合機(jī)制等。然而，由于這一界面往往深埋于兩個(gè)本體溶液之間，實(shí)驗(yàn)表征難以揭示界面的微觀結(jié)構(gòu)以及錨定轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，而理論研究又過(guò)于抽象，因此，我們提供了粗?；肿觿?dòng)力學(xué)研究水-表面活性劑-液晶三相混合體系的模型構(gòu)建方法，來(lái)研究了棒狀液晶分子在水-液晶界面的錨定轉(zhuǎn)變行為。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種粗粒化分子動(dòng)力學(xué)研究水-表面活性劑-液晶三相混合體系的模型構(gòu)建方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0006]一種粗?；肿觿?dòng)力學(xué)研究水-表面活性劑-液晶三相混合體系的模型構(gòu)建方法；該方法包括以下步驟:a)構(gòu)建水分子粗?；Ｐ停籦)構(gòu)建液晶分子粗?；Ｐ?；c)構(gòu)建表面活性劑分子粗粒化模型；d)設(shè)置各種分子之間相互作用參數(shù)。
[0007]具體的說(shuō)，該方法包括如下步驟:
[0008]1.將水分子用單個(gè)球粗?；Ｗ颖硎?相互之間采用Lenard-Jones相互作用勢(shì)倉(cāng)泛;
[0009]2.將液晶分子用單個(gè)橢球粗粒化粒子表示，每個(gè)粒子被看成一個(gè)軸對(duì)稱的橢球，每個(gè)粒子通過(guò)粒子質(zhì)心的位置和一個(gè)沿著主軸的單位指向矢量來(lái)描述，相互之間采用Gay-Berne相互作用勢(shì)能；
[0010]3.表面活性劑分子采用4頭4尾型雙嵌段鏈狀結(jié)構(gòu)，其中，頭鏈段包含4個(gè)粗粒化粒子，采用相同的全柔性結(jié)構(gòu)；尾鏈段包含4個(gè)粗?；Ｗ樱ㄟ^(guò)臨近粒子間的成鍵相互作用連接成半柔性鏈段，相比于棒狀液晶分子，尾鏈段具有更大的分子長(zhǎng)徑比，有利于更多的液晶分子穿插進(jìn)入界面層，提高尾鏈段與液晶分子的耦合作用；
[0011]4.將表面活性劑分子的最后一個(gè)尾粒子的性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，使其與液晶相互作用時(shí)，和液晶-液晶相互作用的各項(xiàng)異性相等。具體來(lái)說(shuō)，將最后一個(gè)尾粒子與液晶的相互作用各項(xiàng)異性參數(shù)設(shè)置為1，而相互作用強(qiáng)度參數(shù)設(shè)置為0.38.
[0012]5.在模型構(gòu)建過(guò)程中，所有的粒子滿足周期性邊界條件；
[0013]6.為了增強(qiáng)局部的排除體積相互作用，獲得較高數(shù)目的臨近相互作用對(duì)，模擬體系的數(shù)密度設(shè)定為0.65。
[0014]本發(fā)明的有益效果如下:
[0015]通過(guò)本發(fā)明所述的一種粗粒化分子動(dòng)力學(xué)研究水-表面活性劑-液晶三相混合體系的模型構(gòu)建方法，我們可以搭建重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的粗粒化分子動(dòng)力學(xué)模型，為進(jìn)一步研究水/液晶界面上表面活性劑誘導(dǎo)液晶錨定轉(zhuǎn)變現(xiàn)象打下基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0017]圖1示出本發(fā)明的水分子粗?；Ｐ汀⒁壕Х肿哟至；Ｐ秃捅砻婊钚詣┐至；Ｐ?。
[0018]圖2示出本發(fā)明表面活性劑分子尾鏈未進(jìn)行修正時(shí)，體系內(nèi)部相互作用的勢(shì)能圖。
[0019]圖3示出本發(fā)明對(duì)表面活性劑分子尾鏈最后一個(gè)粒子進(jìn)行修正之后，體系內(nèi)尾鏈和液晶相互作用的勢(shì)能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]實(shí)施例1
[0022]三組分雙親分子粗?；Ｐ退?表面活性劑分子的構(gòu)建方法:
[0023]1.將水分子W1用單個(gè)球粗?；Ｗ颖硎?相互之間采用Lenard-Jones相互作用勢(shì)能；
[0024]2.表面活性劑分子H4T4采用4頭4尾型雙嵌段鏈狀結(jié)構(gòu)，其中，頭鏈段包含4個(gè)粗?；Ｗ?，采用相同的全柔性結(jié)構(gòu)；尾鏈段包含4個(gè)粗?；Ｗ?，通過(guò)臨近粒子間的成鍵相互作用連接成半柔性鏈段，相比于棒狀液晶分子M1,尾鏈段具有更大的分子長(zhǎng)徑比，有利于更多的液晶分子M1穿插進(jìn)入界面層，提高尾鏈段與液晶分子M1的耦合作用；
[0025]3.在模型構(gòu)建過(guò)程中，所有的粒子滿足周期性邊界條件；
[0026]4.為了增強(qiáng)局部的排除體積相互作用，獲得較高數(shù)目的臨近相互作用對(duì)，模擬體系的數(shù)密度設(shè)定為0.65。
[0027]實(shí)施例2
[0028]三組分雙親分子粗粒化模型水-表面活性劑-無(wú)序相液晶分子的構(gòu)建方法:
[0029]1.將水分子W1用單個(gè)球粗?；Ｗ颖硎?相互之間采用Lenard-Jones相互作用勢(shì)能；
[0030]2.將液晶分子M1用單個(gè)橢球粗?；Ｗ颖硎?，每個(gè)粒子被看成一個(gè)軸對(duì)稱的橢球，每個(gè)粒子通過(guò)粒子質(zhì)心的位置和一個(gè)沿著主軸的單位指向矢量來(lái)描述，相互之間采用Gay-Berne相互作用勢(shì)能；
[0031]3.表面活性劑分子H4T4采用rod-coil型雙嵌段鏈狀結(jié)構(gòu)，其中，rod鏈段包含4個(gè)粗?；Ｗ?，與液晶分子M1采用相同的半柔性棒狀結(jié)構(gòu)；coil鏈段包含4個(gè)粗?；Ｗ樱ㄟ^(guò)臨近粒子間的成鍵相互作用連接成柔性鏈段。相比于棒狀液晶分子M1, rod鏈段具有更大的分子長(zhǎng)徑比，有利于更多的液晶分子M1穿插進(jìn)入界面層，提高rod鏈段與液晶分子M1的耦合作用；
[0032]4.將表面活性劑分子H4T4的最后一個(gè)尾粒子的性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，使其與液晶F分子M1相互作用時(shí)，和液晶-液晶相互作用的各項(xiàng)異性相等。具體來(lái)說(shuō)，將最后一個(gè)尾粒子與液晶分子M1的相互作用各項(xiàng)異性參數(shù)設(shè)置為1，而相互作用強(qiáng)度參數(shù)設(shè)置為0.33.
[0033]5.在模型構(gòu)建過(guò)程中，所有的粒子滿足周期性邊界條件；
[0034]6.為了增強(qiáng)局部的排除體積相互作用，獲得較高數(shù)目的臨近相互作用對(duì)，模擬體系的數(shù)密度設(shè)定為0.60。
[0035]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種粗?；肿觿?dòng)力學(xué)研究水-表面活性劑-液晶三相混合體系的模型構(gòu)建方法，其特征在于:該方法包括以下步驟:a)構(gòu)建水分子粗粒化模型；b)構(gòu)建液晶分子粗?；Ｐ?；c)構(gòu)建表面活性劑分子粗?；Ｐ?；d)設(shè)置各種分子之間相互作用參數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模型構(gòu)建方法，其特征在于:所述水分子為I個(gè)粗粒化球型粒子，所述液晶分子為I個(gè)粗?；瘷E球粒子，所述表面活性劑分子為4頭4尾的球鏈的粗?；Ｐ汀?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模型構(gòu)建方法，其特征在于:所述表面活性劑分子尾鏈上最后一個(gè)粒子與液晶粗?；瘷E球粒子之間的相互作用各向異性系數(shù)為1.0，相互作用強(qiáng)度系數(shù)為0.38。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種粗?；肿觿?dòng)力學(xué)研究水-表面活性劑-液晶三相混合體系的模型構(gòu)建方法，該方法包括以下步驟：a)構(gòu)建水分子粗粒化模型；b)構(gòu)建液晶分子粗?；Ｐ停籧)構(gòu)建表面活性劑分子粗?；Ｐ?；d)設(shè)置各種分子之間相互作用參數(shù)。所述水分子為1個(gè)粗?；蛐土Ｗ?，所述液晶分子為1個(gè)粗?；瘷E球粒子，所述表面活性劑分子為4頭4尾的球鏈的粗?；Ｐ?。
【IPC分類】G06F19/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105095627
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410205721
【發(fā)明人】歐陽(yáng)宇廷, 郭洪霞
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年5月15日