【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学基底模型的精密清洗以及分子动力学模拟领域，具体涉及一种模拟熔石英基底模型表面油滴脱附的分子动力学方法。
技术介绍
1、熔石英光学基底模型表面有机污染物的残留是必须要避免的，非挥发性有机污染物的清洗在高功率固体激光装置中是一项非常重要的工作，因为残留的有机污染物在后续激光的辐照作用下，会造成光学基底模型的激光损伤，使得激光光束质量降低。这些非挥发性有机污染物的来源主要是高分子聚合物、真空油、硅油等。整个装置中润滑油、增塑剂、人造橡胶等材料会释放有机分子，这些气态污染物会吸附在机械构件表面以及光学基底模型表面。一般离位的清洗方法包括高压水射流清洗和超声辅助水溶液清洗。离位的清洗方法中水溶液清洗是主要的清洗手段，通常在水溶液中添加表面活性剂进行清洗。离位的清洗方法中以光学基片的清洗尤为重要，光学基片在镀膜之前的清洗则直接影响了镀膜的质量。熔石英的清洗工艺影响着熔石英的激光损伤阈值，最终会影响熔石英基底模型的使用效果。离位溶液清洗过程中引入的表面活性剂会在表面残留，影响后续的清洗工艺以及基底模型的激光损伤阈值。因此需要进一步研究熔石英基底模型表面污染物的残留与清洗的微观机理，特别是在表面活性剂溶液中油滴脱附的微观机理，揭示烷烃污染物的脱附机理以及可能的残留机制，为实际光学基底模型的离位洁净处理工艺提供参考。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为解决
技术介绍
中存在的上述问题，提供一种模拟熔石英基底模型表面油滴脱附的分子动力学方法。
2、本专利技术首先在熔石英基
3、然后继续在materials studio软件中建立烷烃分子、水分子和非离子表面活性剂分子的分子模型，采用interface_pcff力场对上述建立的分子模型进行赋值，将上述分子模型中包含的原子类型赋予力场参数。然后建立包含许多水分子和表面活性剂分子的水溶液模型，建立完成之后就导出；
4、最后，采用lammps软件进行模拟工作，先进行熔石英基底模型表面烷烃分子的吸附模拟，当达到稳定状态后，将包含表面活性剂分子的水溶液放置在熔石英基底模型的上方进行弛豫。
5、本专利技术的技术关键点在于：
6、1、建立符合实际情况的熔石英基底模型，熔石英基底模型中oh基团的表面密度是存在一定的范围的，因此，本专利技术中控制oh基团的表面密度使得与实际相一致。
7、2、虽然水溶液中表面活性剂分子的数量存在差异，但模拟过程中都将活性剂分子尽量的靠近吸附在熔石英基底模型表面的烷烃分子，使得表面活性剂分子能够全部吸附到烷烃分子表面，这样可以比较不同的表面活性剂分子结构对烷烃污染物吸附的影响。
8、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
9、一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，所述方法包括以下步骤：
10、步骤一：建立熔石英基底模型；
11、步骤二：建立溶液模型，并在溶液中加入表面活性剂分子，得到包含表面活性剂分子的水溶液；
12、步骤三：将烷烃污染物放置于熔石英基底模型表面进行弛豫；
13、步骤四：将已经达到吸附稳定状态的熔石英基底模型放置于步骤二建立的包含表面活性剂分子的水溶液的下方进行弛豫。
14、进一步的是，步骤一中，熔石英基底模型建立的过程是：采用α-石英通过熔化再冷却的方式得到熔石英初始块体，将熔石英初始块体的上1/3部分和下1/3部分删除，只保留中间的熔石英块体部分作为熔石英基底，之后，弛豫熔石英基底，对熔石英表面进行羟基化处理，添加-oh和-h基团，使得表面具有完全羟基化，得到熔石英基底模型。
15、进一步的是，步骤一中，采用α-石英通过熔化再冷却的方式得到熔石英块体初始模型的过程是：根据α-石英晶体中原子的空间位置坐标建立α-石英晶体的分子模型，接着在4000k温度下将α-石英晶体完全熔化，即保持4000k的温度计算100ps，计算完成后以5k/ps的速率将α-石英晶体完全熔化的温度由4000k降至300k，最后在300k的温度下计算1ns，保温过程即保持温度为4000k的过程和温度下降过程采用nvt系综，计算的时间步为0.5fs。
16、进一步的是，步骤二中，建立溶液模型，并在溶液中加入表面活性剂分子，得到包含表面活性剂分子的水溶液的具体过程是：烷烃分子、水分子和非离子表面活性剂分子在materials studio软件中建立分子模型，其中的烷烃分子为十二烷分子，所建立的分子模型中，构建了20个非离子表面活性剂分子、5560个水分子及72个十二烷分子，并在materials studio软件中将力场参数赋予十二烷分子、非离子表面活性剂分子和水分子，所使用的力场为interface_pcff；然后将水分子和非离子表面活性剂分子进行混合，得到包含表面活性剂分子的水溶液模型，使用materials studio软件中的msi2lmp工具将包含表面活性剂分子的水溶液模型和十二烷分子导出，导出完成后，利用lammps中的molecules命令将导出后的包含表面活性剂分子的水溶液模型和十二烷分子重新读入。
17、进一步的是，步骤三中，将烷烃污染物放置于熔石英基底模型表面进行弛豫的过程是：烷烃污染物为十二烷分子，吸附模拟开始时，数个烷烃分子放置在熔石英基底模型表面距离处，吸附模拟是在npt系综下进行的，x和y方向设置周期性边界条件，这两个方向的压力控制在0.1mpa，z方向设置为固定边界条件，包含熔石英基底模型和烷烃分子的模型温度均控制在300k，此步骤模拟使用lammps软件进行。
18、进一步的是，步骤四中，将已经达到吸附稳定状态的熔石英基底模型放置于步骤二建立的水溶液的下方，具体弛豫过程是：当吸附状态稳定时，将水溶液放置于表面吸附有烷烃分子的熔石英基底模型的顶部，在弛豫过程的早期阶段，非离子表面活性剂分子是固定的，在前4ps内，非离子型表面活性剂分子也是固定的，只有水分子和十二烷烃分子在nvt系综下弛豫，然后整个系统至少弛豫4ns，熔石英基底模型在模拟过程中是固定的，所有模拟的时间步长均为1fs，静电相互作用通过pppm算法计算，精度为1.0e-6，短程范德华相互作用和长程静电相互作用的截断半径为lorentz-berthelot混合规则用于描述不同原子类型之间的相互作用，所使用的系综为nvt系综。
19、进一步的是，interface_pcff力场的计算公式如下：
20、
21、上述式中：epot表示势能，右边第一项表示键长势能，第二项表示键角势能，第三项表示二面角势能，第四项表示非正常二面角势能，第五项表示库仑相互作用势能，第六项表示范德华相互作用势能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，其特征在于：步骤一中，熔石英基底模型建立的过程是：
3.根据权利要求2所述的一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，其特征在于：步骤一中，采用α-石英通过熔化再冷却的方式得到熔石英块体初始模型的过程是：
4.根据权利要求1所述的一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，其特征在于：步骤二中，建立溶液模型，并在溶液中加入表面活性剂分子，得到包含表面活性剂分子的水溶液的具体过程是：
5.根据权利要求3所述的一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，其特征在于：步骤三中，将烷烃污染物放置于熔石英基底模型表面进行弛豫的过程是：烷烃污染物为十二烷分子，吸附模拟开始时，数个烷烃分子放置在熔石英基底模型表面距离处，吸附模拟是在NPT系综下进行的，x和y方向设置周期性边界条件，这两个方向的压力控制在0.1MPa，z方向设置为固定边界条件，包含熔石英基底模型和烷烃分子的模型
6.根据权利要求5所述的一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，其特征在于：步骤四中，将已经达到吸附稳定状态的熔石英基底模型放置于步骤二建立的水溶液的下方，具体弛豫过程是：
7.根据权利要求4所述的一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，其特征在于：INTERFACE_PCFF力场的计算公式如下：
8.根据权利要求1所述的一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，其特征在于：步骤四中，将已经达到吸附稳定状态的熔石英基底模型放置于距离步骤二建立的包含表面活性剂分子的水溶液下方位置处进行弛豫。
...【技术特征摘要】
1.一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，其特征在于：步骤一中，熔石英基底模型建立的过程是：
3.根据权利要求2所述的一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，其特征在于：步骤一中，采用α-石英通过熔化再冷却的方式得到熔石英块体初始模型的过程是：
4.根据权利要求1所述的一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，其特征在于：步骤二中，建立溶液模型，并在溶液中加入表面活性剂分子，得到包含表面活性剂分子的水溶液的具体过程是：
5.根据权利要求3所述的一种模拟熔石英元件表面油滴脱附的分子动力学方法，其特征在于：步骤三中，将烷烃污染物放置于熔石英基底模型表面进行弛豫的过程是：烷烃污染物为十二烷分子，吸附模拟开始时，数个烷烃分子...
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