热固性聚合物的热膨胀系数
在本ReaxFF教程中，根据聚合物的应变与温度的关系计算热膨胀系数、CTE。详细研究参考文献：
- Effect of chemical structure on thermo-mechanical properties of epoxy polymers: Comparison of accelerated ReaxFF simulations and experiments, Polymer 159, 354-368 (2018)
本教程包含如下几个部分：
- 导入聚合物结构
- 聚合物退火
- 提取应变与温度曲线
- 热膨胀系数的计算
本计算对硬件要求较高，建议在集群或工作站上运行，软件版本要求AMS2021。
一、导入聚合物结构
这里我们使用bond boost法生成的交联环氧聚合物，当然如果有其他结构的*.xyz文件，也可以直接通过AMSinput → File → Import Coordinates导入。
二、聚合物退火模拟
为了计算热膨胀系数，我们需要确定温度升高引起的体积变化。数据点将在300-340K的温度范围内取样。
参数设置：
为了允许密度变化，因此我们使用NPT系综，即需要设置“Barostat”：
退火温度设置Thermostat：Temperatures输入：298.15 600 350 350 340 340 330 330 320 320 310 310 300 300，Durations输入：100000 200000 50000 10000 50000 10000 50000 10000 50000 10000 50000 10000 50000
保存作业并运行，本作业约8000原子，建议使用8~16核计算。
三、提取应变与温度曲线
为了从轨迹中提取密度和温度进行后处理，我们使用Python脚本densities.py。将其与*.ams输入文件放在同一文件夹中。
作业运行完毕后，运行该Python脚本提取密度-温度数据：
如果使用Windows系统：
- 双击AMS202*.*/ams_command_line.bat，弹出命令行窗口
- 输入bash回车
- 进入作业路径，例如cd D:/ADF_DATA/AMS_Task/SimulatedAnnealing/回车，注意斜杠方向和Windows显示文件夹路径的斜杠方向相反
- 输入plams strain.py -v resultsdir=*.results -v startstep=300000 > strain.out回车，*号替换为作业名字
如果使用Linux系统：
- 进入作业路径，例如cd /home/user01/SimulatedAnnealing/回车
- 直接输入plams strain.py -v resultsdir=*.results -v startstep=300000 > strain.out，*号替换为作业名字
脚本运行后输出strain.out文件，包含类似如下内容：
# T[K] a[Å] b[Å] c[Å] V [Å**3] 350.4 85.121 70.228 90.103 538628.483 349.1 85.056 70.040 90.475 538988.118 347.8 85.309 69.796 90.124 536617.975 350.3 84.836 69.976 90.170 535290.469 350.2 84.862 70.100 90.187 536503.084 349.1 84.613 70.046 90.683 537466.316
其中第一列是温度，最后一列是体积。将这两列数据作图：
进行回归分析并确定坡度。根据第一个数据点（V0）的体积和线性拟合曲线的斜率计算热膨胀系数：
本例模拟膨胀系数的数量级正确，但与实验相比有所低估（实验膨胀系数52.4·10-6[1/°C]）。
本文参考英文教程：https://www.scm.com/doc/Tutorials/MolecularDynamicsAndMonteCarlo/PolymersThermalExpansionCoeff.html