(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111338868.9 (22)申请日 2021.11.12 (71)申请人 苏州经贸职业 技术学院 地址 215000 江苏省苏州市苏州国际教育 园(北区)学府路287号 (72)发明人 李慧姝　刘兴镯　 (74)专利代理 机构 武汉智嘉联合知识产权代理 事务所(普通 合伙) 42231 代理人 黄君军 (51)Int.Cl. G16C 10/00(2019.01) G06F 30/25(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 聚合物刷在溶剂中组装行为模拟方法、 系 统、 设备及 介质 (57)摘要 本申请涉及一种聚合物刷在溶剂中组装行 为模拟方法、 系统、 设备及介质， 其方法包括模拟 聚合物刷和溶剂分子， 以建立聚合物刷和溶剂分 子的初始能量模 型； 对聚合物刷和溶剂分子进行 离散化处理， 以修正所述初始能量模型， 得到目 标能量模型； 利用蒙特卡洛方法对离散化处理后 的聚合物刷和溶剂分子进行动态模拟， 并基于所 述目标能量模 型， 确定对应聚合物刷和溶剂分子 的混合体系达到能量平衡态； 根据能量平衡态时 的混合体系和预设的性能检测试验， 确定聚合物 刷的目标性能参数。 本申请能够 有效提高聚合物 刷的模拟精度， 从而提高聚合物刷相关性能参数 的计算精度。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 114093429 A 2022.02.25 CN 114093429 A 1.一种聚合物刷在溶剂中组装行为模拟方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 模拟聚合物刷和溶剂分子， 以建立聚合物刷和溶剂分子的初始能量模型； 对聚合物刷和溶剂分子进行离散化处理， 以修正所述初始能量模型， 得到目标能量模 型； 利用蒙特卡洛方法对离散化处理后的聚合物刷和溶剂分子进行动态模拟， 并基于所述 目标能量模型， 确定对应聚合物刷和溶剂分子的混合体系达 到能量平衡态； 根据能量平衡态时的混合体系和预设的性能检测试验， 确定聚合物刷的目标性能参 数。 2.根据权利要求1所述的聚合物刷在溶剂中组装行为模拟方法， 其特征在于， 所述模拟 聚合物刷和溶剂分子， 包括： 采用粗粒化模型进行二维聚合物刷的形貌模拟， 并将聚合物刷的一端嫁接于基底上， 基底上方空间充满显性 不良溶剂分子； 其中所述聚合物刷采用半柔 性的均聚物长链模型； 所述溶剂分子采用纳米粒子 。 3.根据权利要求2所述的聚合物刷在溶剂中组装行为模拟方法， 其特征在于， 所述聚合 物刷和溶剂分子的初始能量场模型包括键结能和非键结能， 其中， 所述键结能由聚合物链 的链接键的弹簧能和聚合物链的弯曲能确定， 所述非键结能由聚合物链与所述溶剂分子之 间的不相容能量和不可压缩能确定 。 4.根据权利要求2所述的聚合物刷在溶剂中组装行为模拟方法， 其特征在于， 所述对聚 合物刷和溶剂分子进行离 散化处理， 包括： 在模拟的混合体系中引入网格拓扑； 将基底上方空间的每个聚合物刷粒子和/或每个溶剂分子进行离散， 以使每个聚合物 刷粒子的密度和/或每 个溶剂分子的密度分布在16个网格点上； 将基底附近的每个聚合物刷粒子和/或每个溶剂分子进行离散， 以使每个聚合物刷粒 子的密度和/或每 个溶剂分子的密度分布在12个网格点上。 5.根据权利要求2所述的聚合物刷在溶剂中组装行为模拟方法， 其特征在于， 所述修正 所述初始能量模型， 得到目标能量模型， 包括对初始能量模型中的非键结能进 行修正， 得到 目标能量模型： E＝Eb[{ri(s)}]+Enb[φA,φC] 其中， Eb[{ri(s)}]表示键 结能； 表示非键 结能； kBT＝1表示离散化处理后聚 合物刷的能量约化 单位， kB表示波尔兹曼 常数， T表示温度n表示聚合物链的数量， ri(s)代表 第i条聚合物链的第s个片 段的位置， b是聚合物链两个相邻片 段之间的初始键长； kbend是聚 合物链的链接键的弯曲系数， θi,s是第i条聚合物链的第s个片段处的外角； 关于非键结能的 公式中， 等号右边第 一项为聚合物链与 溶剂分子之间的不相容 能量， χACN表示不相容程度， χAC表示聚合物刷粒子和溶剂分子之间相互作用参数， N表示每条聚合物链的片段数目； q为权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114093429 A 2拓扑网格中的格点编号， φA,q、 φC,q分别为对应格点上聚合物刷粒子、 溶剂分子的密度值， A 表示聚合物刷粒子， C表示溶剂分子； κ N是不可压缩参数， κ 表示 卡帕系数。 6.根据权利要求2所述的聚合物刷在溶剂中组装行为模拟方法， 其特征在于， 所述利用 蒙特卡洛方法对离散化处理后的聚合物刷和溶剂分子进行动态模拟， 并基于所述目标能量 模型， 确定对应聚合物刷和溶剂分子的混合体系达 到能量平衡态， 包括： 随机选取聚合物刷粒子和/或溶剂分子并进行试探性移动， 基于所述目标能量模型， 确 定试探性移动前后的体系能量差 ΔE； 选择随机数p， p∈(0,1)， 按照预设概 率算法确定所述试探性移动被接受的概 率P； 当所述试探性移动被接受的概 率P＞exp( ‑ΔE)， 则确定所述试探性移动不被接受； 当所述试探性移动被接受的概率P≤exp( ‑ΔE)， 则确定所述试探性移动被接受， 并移 动一个蒙特卡洛步； 再次选取聚合物刷粒子和/或溶剂分子并进行试探性移动， 以进行循环判断， 直至达到 体系能量变化趋 于稳定。 7.根据权利要求6所述的聚合物刷在溶剂中组装行为模拟方法， 其特征在于， 所述目标 参数包括能量平衡态时聚合物刷的表面 弹性能； 则所述根据能量平衡态时的混合体系和预 设的性能检测试验， 确定聚合物刷的目标性能参数， 包括： 对能量平衡态时的混合体系中进行压板运动， 根据运动变化高度， 计算对应聚合物刷 的表面弹性能， 计算公式为： 其中Δh为压板后聚合物刷层平均高度的变 化值， m为压板质量， g为重力加速度； 其中， h0表示聚合物刷表面的初始高度， 表示聚合物刷运动后的平均高度， 其中φA(y)为聚合物刷粒子 在模拟空间纵向上随高度变化的密度值， A 表示聚合物刷粒子 。 8.一种聚合物刷在溶剂中组装行为模拟系统， 其特 征在于， 所述系统包括： 建模模块， 用于模拟聚合物刷和溶剂分子， 以建立聚合物刷和溶剂分子的初始能量模 型； 离散模块， 用于对聚合物刷和溶剂分子进行离散化处理， 以修正所述初始能量模型， 得 到目标能量模型； 模拟模块， 用于利用蒙特卡洛方法对离散化处理后的聚合物刷和溶剂分子进行动态模 拟， 并基于所述目标能量模型， 确定对应聚合物刷和溶剂分子的混合体系达 到能量平衡态； 检测模块， 用于根据能量平衡态时的混合体系和预设的性能检测试验， 确定聚合物刷 的目标性能参数。 9.一种计算机设备， 其特征在于， 包括存储器、 处理器以及存储在所述存储器中并可在 所述处理器上运行的计算机程序， 所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求 1至7 任一项所述聚合物刷在溶剂中组装行为模拟方法的步骤。 10.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质存储有计算机程 序， 所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求 1至7任一项 所述聚合物刷在溶剂中组 装行为模拟方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114093429 A 3