Modellering av polymerkristaller

Polymerkristaller har andra egenskaper än enkla atomkristaller . De har hög densitet och lång räckvidd ordning . De har inte isotropi och är därför anisotropa till sin natur, vilket innebär att de visar anisotropi och begränsat konformationsutrymme. Men precis som atomkristaller har gitter , uppvisar polymerkristaller också en periodisk struktur som kallas ett gitter, som beskriver upprepningen av enhetscellerna i utrymmet. Simuleringen av polymerkristaller är komplex och inte hämtad från bara ett tillstånd utan också från fysik i fast tillstånd och flytande tillstånd. Polymerkristaller har enhetsceller som består av tiotals atomer, medan själva molekylerna består av 10 ⁴ Till 10 ⁶ atomer.

Beräkningsmetoder

Det finns två metoder för att studera polymerkristaller: 1) optimeringsmetoder och 2) provtagningsmetoder. Optimeringsmetoder har vissa fördelar jämfört med samplingsmetoden, såsom lokalisering av kristaller i fasutrymmet. Provtagningsmetoder kan i allmänhet inte lokalisera kristallerna, och därför finns det inget behov av antaganden om lokalisering. Optimeringsmetoder inkluderar molekylär mekanik och gitterdynamik och provtagningsmetoder inkluderar Monte Carlo-metoden och molekylär dynamik . En kort diskussion om metoderna är följande:

Optimeringsmetod: I denna metod använder vi optimeringstekniken och optimerar polymerkristallen. För detta betraktar vi ett idealiskt fall där kristallen är fri från oordning (detta är ett antagande). Nu måste vi uttrycka den relevanta delen av energiytan som kan approximeras genom att använda Taylor-seriens expansion till en godtycklig noggrannhet i små förskjutningar kring den lokala minimienergistrukturen. Här i optimeringsmetod introducerar vi vågvektorn och oscillationsfrekvensen eftersom optimering involverar lokalisering av kristaller. Vi hittar elastiska styvhetsmoduler här med vilka modellering görs.
Provtagningsmetod: Det finns ingen lokalisering av kristaller och denna provtagningsmetod tar också bort begränsningen av approximation av gittret. Det finns många nackdelar med denna metod: a) Monte Carlo-metoden och metoden för molekylär dynamik måste använda mycket små polymerkristaller för simuleringen. Dessa metoder simulerar, approximerar polymererna i storleksordningen 10 ³ till 10 ⁴ med nuvarande generations datorer. Detta är gränsvillkoret och atomer utanför simuleringsboxen måste vara i fas med atomen inuti boxen. b) På grund av tung beräkningsbörda är enkla interatomära modeller mer utbredda i Monte Carlo-metoden och molekylär dynamik.

Det finns en mängd olika metoder för att studera polymerkristaller genom molekylär simulering. Det är särskilt viktigt i polymerkristaller att vara medveten om de begränsningar som läggs av antingen de antaganden som en metod är baserad på eller robustheten hos simuleringsmetoden.

Se även