一種用于耗散粒子動力學（DPD）模擬的剛性Janus納米粒子的構建方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于耗散粒子動力學（DPD）模擬的剛性Janus納米粒子的構建方法，包括如下步驟如下：確定Janus納米粒子的形狀；確定Janus納米粒子的尺寸；確定Janus納米粒子內DPD珠子的排列方式和數密度；創建構建全同納米粒子的LAMMPS輸入腳本；運行LAMMPS腳本獲得全同納米粒子內各個DPD珠子的坐標和種類；更改全同納米粒子內DPD珠子的種類使其轉變成Janus納米粒子。本發明構建所得的Janus納米粒子可用于增容各種不相容的共混體系，如乳液，泡沫等，還可以用于預測各種不同界面性質Janus納米粒子的自組裝結構，為制備多功能材料提供了一種可能。
【專利說明】一種用于耗散粒子動力學（DPD)模擬的剛性Janus納米粒 子的構建方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高分子物理計算模擬領域，具體涉及一種用于耗散粒子動力學（Dro) 模擬的剛性Janus納米粒子的構建方法。
【背景技術】
[0002] Janus納米粒子概念是de Gennes于1992年在諾貝爾獎獲獎報告中提出來的，其 代表的是一類同時具有兩種不同化學組成或表面性質的膠體粒子。通過適當的選擇Janus 納米球粒子兩部分的表面性質，使其一部分親水，另一部分疏水，這種雙親性的Janus納米 粒子就可以像表面活性劑分子一樣吸附在界面上，因此雙親性的Janus納米粒子又可以稱 之為"表面活性劑顆粒"。這種由Janus納米粒子固有屬性決定的雙親性使得Janus納米粒 子在界面上的解吸附能要遠遠大于相同條件下的全同納米粒子，大分子表面活性劑或者接 枝無規共聚物的納米粒子。因此可以預測Janus納米粒子可以抑制不相容高分子共混體系 中不希望發生的聚集和粗化，穩定微乳或泡沫。Janus納米粒子除了能夠增容不相容共混體 系，還可以作為構建單元（building blocks)自組裝形成超級結構。例如，Janus納米球在 水溶液中就具有豐富的自組裝行為，在溶液濃度比較小時，形成不同尺寸和形狀的聚集體。 而在本體中，Janus納米球能發生微相分離自組裝形成各種介觀相，如球形膠束，層狀相。
[0003] 耗散粒子動力學（DTO)模擬方法是在上個世紀九十年代初發展起來的一種全新的 計算機模擬技術，適于對介觀尺度上的復雜流體動力學行為進行研究。某種程度上，DH)可 以被認為是與一個具有動量守恒性質的熱浴耦合的粗粒化分子動力學模擬方法。這種模擬 技術是在基于"軟球"之間的相互作用。軟勢的引入允許模擬可以在大體系大步長下運行 更長的時間，從而滿足了研究的介觀時空尺度要求。另外，Dro中由耗散力和隨機力相互耦 合而成的熱浴保證了動量守恒因此Dro是非常適合研究流體動力學起作用的過程，如高分 子共混體系的相分離過程。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供一種用于耗散粒子動力學（DPD)模擬的剛性 Janus納米粒子的構建方法，構建所得的Janus納米粒子可用于增容各種不相容的共混體 系，如乳液，泡沫等，還可以用于預測各種不同界面性質Janus納米粒子的自組裝結構，為 制備多功能材料提供一種可能。
[0005] 本發明采用的技術方案是提供一種用于耗散粒子動力學（DPD)模擬的剛性Janus 納米粒子的構建方法，包括如下步驟：
[0006] ⑴確定Janus納米粒子的形狀；
[0007] ⑵確定Janus納米粒子的尺寸；
[0008] ⑶確定Janus納米粒子內DH)珠子的排列方式和數密度；
[0009] ⑷創建構建全同納米粒子的LAMMPS輸入腳本；
[0010] (5)運行LAMMPS腳本獲得全同納米粒子內各個Dro珠子的坐標和種類；
[0011] (6)更改全同納米粒子內DH)珠子的種類使其轉變成Janus納米粒子。
[0012] 優選地，Janus納米粒子的形狀是可選的。
[0013] 優選地，Janus納米粒子分界面設計是可選的。
[0014] 優選地，Janus納米粒子內的DH)珠子的排列方式是可選的。
[0015] 優選地，Janus納米粒子的構建是基于LAMMPS軟件實現的。
[0016] 本發明的效果是通過提供一種用于耗散粒子動力學（Dro)模擬的剛性Janus納米 粒子的構建方法，構建所得的Janus納米粒子可用于增容各種不相容的共混體系，如乳液， 泡沫等，還可以用于預測各種不同界面性質Janus納米粒子的自組裝結構，為制備多功能 材料提供了一種可能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是半徑為Rs=2· 〇rc的Janus納米球；
[0018] 圖2是雙親性Janus納米球在高分子共混體系相界面上的排列方式；
[0019] 圖3是底面半徑為Rel=l. 2,長度為Lel=8的納米棒；
[0020] 圖4是含有納米棒的高分子共混體系形成的層狀相。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖及實施例對本發明的進一步加以說明。
[0022] 實施例1
[0023] Janus納米球的構建及其在高分子共混體系相界面上的錨定
[0024] (1)設定Janus納米球半徑為Rs=2. 0rc，Janus納米球內DH)珠子按照面心立方 (FCC)進行排列，并且數密度固定為10 ;
[0025] (2)創建用LAMMPS軟件構建Janus納米球的腳本；
[0026] units Ij atom-style atomic lattice fee 10 region box block -15 15-15 15 -15 15 units box createbox 1 box create_atoms 1 box region bs sphere 0 0 0 2.0 side out units box delete_atoms region hs mass 11 velocity all create 3.0 87287 neighbor 4.0 bin neigh-modify delay 3 every 1 pair-style lj/ciit 2.5 pair-coeff 11 1.0 1.0 2.5 fix 1 all nve timestep 0.04 thermo 10 dump 1 all atom 10 spherel.O
[0027] dump modify ] format，!%3d %3d %6.3f %6.3f %6.3f* scale no run 1
[0028] (3)用LAMMPS軟件運行（2)中的腳本，將得到的納米粒子按照z軸坐標重新劃分 Dro珠子的種類，如z軸坐標大于〇的Dro珠子種類編號為〇, z軸坐標小于等于〇的Dro珠 子種類編號為1。
[0029] 實施例2
[0030] Janus納米棒的構建及其在高分子共混體系的自組裝
[0031] (1)設定Janus納米棒底面半徑為Rcl=l. 2,長度為Lcl=8。Janus納米棒內Dro珠 子按照面心立方（FCC)進行排列，并且數密度固定為10 ;
[0032] (2)創建用LAMMPS軟件構建Janus納米棒的腳本；
[0033] units Ij atom_style atomic lattice fee 10 region box block -15 15 -15 15-15 15 units box create-box 1 box create_atorns 1 box region bs cylinder z 0 0 1.2 -4 4 side out units box delete-atoms region bs mass 1 1 velocity all create 3.0 87287 neighbor 4.0 bin neigh_modify delay 3 every 1 pair-style lj/cut 2.5 pair coefF 1 1 L0 L0 2.5 fix 1 all live timestep 0.04 thermo 10 dump 1 all atom 1 cylinder dump_modify 1 fo歷at n%3d %3d % 10.3t、％ 10 Jf % 10.3Γ scale no run 1
[0034] (3)用LAMMPS軟件運行（2)中的腳本，將得到的納米粒子按照z軸坐標重新劃分 Dro珠子的種類，如z軸坐標大于〇的Dro珠子種類編號為〇, z軸坐標小于等于〇的Dro珠 子種類編號為1。
[0035] 盡管結合優選實例對本發明進行了說明，但本發明并不局限于上述實施例，應當 理解本發明權利要求概括了本發明的范圍，在本發明構思的引導下，本領域的技術人員應 意識到，對本發明的各實施例方案所進行的一定的改變都將被本發明的權利要求書的精神 和范圍所覆蓋。
【權利要求】
1. 一種用于耗散粒子動力學（DPD)模擬的剛性Janus納米粒子的構建方法，包括如下 步驟： ⑴確定Janus納米粒子的形狀； ⑵確定Janus納米粒子的尺寸； ⑶確定Janus納米粒子內DH)珠子的排列方式和數密度； ⑷創建構建全同納米粒子的LAMMPS輸入腳本； (5) 運行LAMMPS腳本獲得全同納米粒子內各個DH)珠子的坐標和種類； (6) 更改全同納米粒子內DH)珠子的種類使其轉變成Janus納米粒子。
2. 根據權利要求1所述的構建方法，其特征是：Janus納米粒子的形狀是可選的。
3. 根據權利要求1所述的構建方法，其特征是：Janus納米粒子分界面設計是可選的。
4. 根據權利要求1所述的構建方法，其特征是Janus納米粒子內的DH)珠子的排列方 式是可選的。
5. 根據權利要求1所述的構建方法，其特征是：Janus納米粒子的構建是基于LAMMPS 軟件實現的。
【文檔編號】G06F17/50GK104156494SQ201310180012
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月15日 優先權日:2013年5月15日
【發明者】黃滿霞, 郭洪霞 申請人:中國科學院化學研究所