關鍵詞：Materials Studio，分子動力學模擬，均方位移，擴散系數(shù)

內容摘要：

? 腐蝕是工業(yè)生產(chǎn)過程中一個極為突出的問題，造成了巨大的經(jīng)濟損失和安全隱患。在眾多的防腐蝕措施之中，添加緩蝕劑是廣泛采用的方法之一。

? 常用的緩蝕劑主要為吸附型緩蝕劑，它可穩(wěn)定吸附在金屬表面并在金屬表面形成致密的保護膜，阻礙腐蝕介質向金屬表面遷移擴散，以達到抑制或延緩腐蝕的目的。

計算方法：本文所有模擬工作均由 Accelrys 公司開發(fā)的Materials Studio 軟件包完成，力場為 COMPASS力場，它能夠準確給出孤立體系和凝聚態(tài)的結構與性質。

1. 利用 Visualizer 模塊構建基礎分子模型

腐蝕介質粒子：HCO3- 、H3O+、H2O以及咪睉啉類緩蝕劑分子

1. 建立界面模型

利用 amorphous cell 模塊分別構建包含緩蝕劑分子的無定形組織結構，采用(NVT)進行分子動力學模擬，平衡后統(tǒng)計體系密度的平均值，并把該值作為計算體系中緩蝕劑膜的密度。模擬體系由三層結構組成:第一層為 Fe(001)面；第二層為包含80個緩蝕劑分子和1個腐蝕介質粒子的無定形組織結構；第三層是厚度為 2nm的真空層。如圖為本文模擬所需的計算模型：

1. 模型結構優(yōu)化

使用Forcite 模塊對上述模型分別進行結構優(yōu)化，使其達到最佳的模型結構和穩(wěn)定的能量體系。模型參數(shù)和收斂和能量數(shù)據(jù)如圖所示：

1. 分子動力學過程：

腐蝕介質粒子在緩蝕劑膜中的擴散行為的模擬通過forcite模塊的正則系綜(NVT)來實現(xiàn),模擬溫度為 298 K，溫度采用 Andersen方法控制，各分子起始速度由Maxwell-Boltzmann分布隨機產(chǎn)生，運用 velocityverlet 算法叫求解牛頓運動方程.

通過溫度和能量判據(jù)來判斷體系是否已達到平衡，下圖為緩蝕劑分子在緩蝕劑膜中擴散時體系的能量和溫度隨時間演化曲線：

分子動力學后的穩(wěn)定構型：

MSD曲線：

結論：

?緩蝕劑膜均可有效阻礙腐蝕介質向金屬表面擴散，從而達到緩蝕效果。

?同種緩蝕劑膜對帶電粒子擴散的抑制能力明顯強于對中性粒子。

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