液晶分子取向仿真的案例
快速了解高分子取向性
塑料分子取向性是受外力的作用，高分子鏈被拉直拉長，同時球晶體也被拉長。分子取向是在外力作用下的一種形變，分子的形變能提高其拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。
但在取向垂直方向上其拉伸強(qiáng)度有所下降，沖擊強(qiáng)度也有所降低，所以說分子取向有方向性。塑料加工在高彈態(tài)時易控制分子取向性，在粘流態(tài)時不可控制分子取向性。
擠出成型是塑料在高彈態(tài)下加工，可控制拉伸倍數(shù)、牽引力和速度，如塑料絲、膜、管、片和板等制品。
注射成型是塑料在粘流態(tài)下加工，分子取向無序，受力的大小不同，凍結(jié)速度不一樣，造成制品各處的內(nèi)應(yīng)力大小不同，發(fā)生變形翹曲。所以注射成型加工不希望有較大的凍結(jié)分子取向性。
1. 分子取向性與溫度關(guān)系：
注塑成型分子取向是在溫度和壓力作用下的凍結(jié)取向。當(dāng)模具打開時，模具內(nèi)的型腔壓力全部消失，但制品一般不可能冷卻到常溫，等制品在模外冷卻到常溫這段時間，制品中的分子產(chǎn)生解取向，取向程度就下降。
所以分子取向性與溫度變化有關(guān)，當(dāng)塑料熔體溫度提高，模具溫度升高，制品壁厚增厚，冷卻時間縮短，分子取向性下降，反之增大。在注射成型過程中分子有在等溫下流動取向和非等溫下流動取向。
在等溫下分子流動取向的力和量是一樣的，但在非等溫分子流動取向力和量均不一致，易引起內(nèi)應(yīng)力的不一致，造成制品變形等質(zhì)量問題。
2. 分子取向與壓力速度關(guān)系：
塑料分子取向因受力的形式和作用性質(zhì)不同，可分為剪切應(yīng)力分子取向，即流動取向和受牽引作用的拉伸取向。流動分子取向有單軸或雙軸取向，并沿著流動方向有序排列。分子取向是與作用力成正比。
注塑成型分子取向性是將熔融塑料在注射壓力的作用下，射入模具型腔，并在注射和保壓壓力的繼續(xù)作用下凍結(jié)，分子取向性大小與凍結(jié)時的壓力成正比。
3.
展開 注射成型時塑料分子的取向，你知道嗎？
注射成型時塑料分子的取向，你知道嗎？
：在液晶彈性體取向機(jī)理上取得新進(jìn)展
液晶彈性體(LCE)具有可逆驅(qū)動行為，拓展了工程設(shè)備的功能可設(shè)計性，適用于許多應(yīng)用，包括醫(yī)療、能量收集和軟機(jī)器人等。LCE 驅(qū)動的先決條件在于液晶基元排列,可以通過機(jī)械拉伸、表面錨定和外場誘導(dǎo)取向來實(shí)現(xiàn)。然而，它們的運(yùn)動復(fù)雜性依賴于不靈活、較繁瑣的液晶基元排列技術(shù)。因此，如何制備取向流程簡單、形狀復(fù)雜度高的液晶彈性體需要進(jìn)一步研究。
該團(tuán)隊采取了一種數(shù)字光固化方法，超快速制造LCE（無模板），并進(jìn)行復(fù)雜的驅(qū)動行為的設(shè)計。該方法采用商用投影儀進(jìn)行數(shù)字光固化處理（圖1b）,利用沿厚度方向的光衰減現(xiàn)象形成梯度固化。正面具有最高的交聯(lián)密度和最低的未反應(yīng)單體含量，背面則相反。當(dāng)未反應(yīng)的單體揮發(fā)時，整個厚度方向的區(qū)別化脫除程度使得固化后的平面膜轉(zhuǎn)化為三維幾何形狀（圖1c中間略微卷曲的“花”）。同時，液晶基元自發(fā)進(jìn)行取向，最終得到具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的取向的液晶彈性體，繼而能夠產(chǎn)生可逆的彎曲變形。
圖1 液晶彈性體的數(shù)字化制備 (a) 前驅(qū)體單體化學(xué)結(jié)構(gòu)。(b) 數(shù)字光固化示意圖。(c) 液晶基元排列和可逆驅(qū)動的機(jī)理圖。
為了設(shè)計更穩(wěn)定的可逆形變行為，利用數(shù)字光固化的時空參數(shù)可控的特性在同一樣品中復(fù)合兩個曝光時間的方法實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)模塊的構(gòu)筑。
借鑒肌肉的運(yùn)動原理，即通過多個肌肉束的簡單收縮/擴(kuò)張的協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動的機(jī)理，利用數(shù)字光來自由設(shè)計由多個模塊（簡單彎曲變形）組成并協(xié)同作用的LCE模塊集成（圖2）。
圖2 設(shè)計模塊集成的LCE。
展開 復(fù)旦丁建東教授課題組對單軸周期性拉伸力學(xué)刺激下彈性高分子表面的細(xì)胞取向進(jìn)行研究
近日，復(fù)旦大學(xué)丁建東教授課題組的研究揭示了單軸周期性拉伸的彈性高分子表面的細(xì)胞取向存在臨界響應(yīng)頻率和臨界拉伸速率，并結(jié)合高分子鏈松弛理論為該臨界現(xiàn)象提供了合理闡釋。
利用光刻技術(shù)、軟蝕刻技術(shù)和有限元分析方法，丁建東教授課題組設(shè)計和制備了適用于細(xì)胞力學(xué)拉伸研究的雙層聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流控裝置。該裝置的工作原理為：當(dāng)芯片側(cè)腔抽真空時，其體積減小，導(dǎo)致中間流體通道的薄膜發(fā)生拉伸，進(jìn)而對黏附于薄膜上的細(xì)胞施加周期性拉伸作用。通過將PDMS微流控芯片與活細(xì)胞工作站、外源智能化真空泵聯(lián)用，同時實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞實(shí)時觀察、細(xì)胞培養(yǎng)和細(xì)胞拉伸三大功能。
圖1 利用雙層PDMS微流控裝置探究拉伸頻率對彈性高分子薄膜表面細(xì)胞行為的影響
丁建東教授課題組以此PDMS微流控芯片為研究平臺，驗(yàn)證了細(xì)胞在合適條件下有垂直于拉伸方向取向的特性。
圖2 周期性拉伸下的細(xì)胞取向
作者還借助源于建筑學(xué)中的張拉整體結(jié)構(gòu)模型（tensegrity model）對材料表面的細(xì)胞處于周期性單軸拉伸時取向和能量之間的關(guān)系及其時間依賴性進(jìn)行了推演。理論計算不僅得出了垂直取向的結(jié)論，而且對細(xì)胞取向有序度隨時間的演化也給出了與實(shí)驗(yàn)一致的動力學(xué)趨勢。這是為數(shù)不多的可對粗粒化的細(xì)胞模型進(jìn)行處理、且給出解析解的理論工作。
隨后系統(tǒng)探究了人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（hMSC）在不同拉伸頻率和幅度的循環(huán)拉伸作用下的細(xì)胞取向。在證實(shí)細(xì)胞取向存在臨界拉伸幅度的同時，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞取向具有臨界響應(yīng)頻率（fc），且fc的值具有幅度依賴性，對于低幅度拉伸而言，需要更高的拉伸頻率方能誘使細(xì)胞取向現(xiàn)象發(fā)生。
展開 
：低液晶相轉(zhuǎn)變溫度的液晶小分子調(diào)控活性層形貌助力有機(jī)太陽能電池性能提升
迄今為止，已有相關(guān)文獻(xiàn)報道液晶小分子（LCSM）作為第三組分在調(diào)控活性層形貌方面的獨(dú)特優(yōu)勢。BTR及其衍生物是目前使用最多的LCSMs，但這類分子具有非常高的液晶相轉(zhuǎn)變溫度，該溫度遠(yuǎn)高于活性層薄膜的熱退火溫度，也就是說，當(dāng)前基于這類LCSMs的三元有機(jī)太陽能電池（TOSCs）的研究低于其液晶相轉(zhuǎn)變溫度，并且分子本身的能級、混溶性等因素，在一定程度上也可能會對薄膜形貌產(chǎn)生影響，因此無法準(zhǔn)確判斷LCSM自組裝特性對活性層形貌的調(diào)控作用，LCSM在TOSC內(nèi)部的工作機(jī)制尚未得到系統(tǒng)和深入的研究。此外，這些LCSMs具有相對復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)和繁瑣的合成步驟，嚴(yán)重限制了它們的廣泛應(yīng)用。
針對上述問題，江西師范大學(xué)/南昌大學(xué)陳義旺教授、廖勛凡特聘教授團(tuán)隊以低液晶相轉(zhuǎn)變溫度（112.8℃）的液晶小分子DFBT-TT6作為第三組分，基于高效的非富勒烯體系PM6:Y6構(gòu)建TOSC。為了揭示液晶分子 DFBT-TT6對TOSC性能的影響并同時消除分子結(jié)構(gòu)等其他因素的干擾，進(jìn)一步合成了具有低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、結(jié)構(gòu)相似的非液晶分子 DFBT-DT6作為對比。有趣的是，通過添加DFBT-TT6來微調(diào)PM6:Y6共混物的結(jié)晶度和相分離，在液晶相變溫度下退火，僅用3 wt％的DFBT-TT6即可調(diào)控薄膜形貌達(dá)到最佳狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DFBT-TT6可以增強(qiáng)PM6和Y6的結(jié)晶度，增加相分離并減小π–π堆積距離，從而在PM6:Y6:DFBT-TT6器件中實(shí)現(xiàn)超快的激子解離和更高的電荷收集效率。此外，DFBT-TT6與PM6和Y6都顯示出較好的相容性，傾向位于PM6和Y6的界面上，這有利于電荷的轉(zhuǎn)移。
展開 《Nature》高性能液晶高分子的3D打印
纖維增強(qiáng)高分子作為一種輕質(zhì)剛性材料，廣泛用于飛機(jī)、汽車以及生物醫(yī)用設(shè)備中。然而它們的生產(chǎn)一直屬于高能耗、勞動密集型產(chǎn)業(yè)，并且得到的產(chǎn)物脆且難以塑形和回收。相比之下，自然界中的輕質(zhì)材料，例如骨骼、蠶絲和木材，通過導(dǎo)向自組裝形成復(fù)雜的分級結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能，并且能夠在自然界中循環(huán)再生。受到這些自然界高性能材料的啟發(fā)，近期瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zürich）的Kunal Masania、Theo A. Tervoort和André R. Studart等研究者在Nature 上報道了一種通過3D打印技術(shù)獲得兼具高韌性、高剛度和高強(qiáng)度的可回收輕質(zhì)聚合物結(jié)構(gòu)的方法。
3D打印的高性能聚合物結(jié)構(gòu)部件的實(shí)驗(yàn)室測試。圖片來源：ETH Zürich
過去3D打印的高分子材料雖然能夠方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、精細(xì)的結(jié)構(gòu)，但其力學(xué)性能往往較差，這是因?yàn)樵谖⒂^上材料中的分子沒有取向。用液晶高分子（liquid crystal polymer, LCP）進(jìn)行3D打印原則上可以克服這個困擾，然而過去的將液晶高分子和3D打印結(jié)合的嘗試雖然保留了3D打印實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，但得到的材料的楊氏模量依然比高性能的液晶纖維低三到四個數(shù)量級，這是因?yàn)閷?em>分子的取向依然沒有實(shí)現(xiàn)很好的控制。在這篇近期的工作中，作者充分利用芳香族熱致液晶聚酯的特點(diǎn)——在溫度高于材料熔點(diǎn)的條件下可自組裝形成高度取向域，在3D打印的熔融并擠出過程中使之取向，從而打印出了高性能的液晶高分子。
3D打印熔融熱致液晶芳香聚酯原理及打印機(jī)實(shí)物。圖片來源：Nature
有趣的是，在打印形成的纖維中，靠近表面的聚酯由于散熱較快，液晶取向得以固定下來，而靠近核心的區(qū)域由于溫度較高，液晶向列有較多的時間可以回到無序的狀態(tài)。這使得打印出的纖維從取向程度上可以認(rèn)為是一種“核殼結(jié)構(gòu)”纖維。
展開 TechWiz LCD 3D應(yīng)用：微液晶分子摩擦排布
在實(shí)際的摩擦過程中，液晶分子并不是按照摩擦方向均勻排布的，此軟件的微擾法選項（Perturbation Method）允許液晶分子以類似于實(shí)際摩擦過程的方式移動，當(dāng)使用了微擾方式時，液晶分子在表面取向中指定的摩擦角度相關(guān)的隨機(jī)方向進(jìn)行布。
1. 建模任務(wù)
1.1堆棧結(jié)構(gòu)
2. 建模過程
以下是建模過程中部分重要步驟的說明
2.1在TechWiz Layout中創(chuàng)建結(jié)構(gòu)（生成項目和mesh文件）
結(jié)構(gòu)創(chuàng)建完成后在TechWiz LCD 3D中加載并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置
2.2在TechWiz LCD 3D軟件中設(shè)置微擾方式為用戶自定義，并設(shè)置微擾角度
2.3其它設(shè)置
此例僅對比使用微擾方式與否對結(jié)果的影響，因此可將像素電壓設(shè)置為DC6v，設(shè)置合適的電壓時間。
3. 結(jié)果查看
3.1 method設(shè)置為無微擾時5ms，15ms，30ms分別對應(yīng)透過率如下
3.2 method設(shè)置為用戶自定義時5ms，15ms，30ms分別對應(yīng)透過率如下
展開 TechWiz LCD 3D應(yīng)用：微液晶分子摩擦排布
在實(shí)際的摩擦過程中，液晶分子并不是按照摩擦方向均勻排布的，此軟件的微擾法選項（Perturbation Method）允許液晶分子以類似于實(shí)際摩擦過程的方式移動，當(dāng)使用了微擾方式時，液晶分子在表面取向中指定的摩擦角度相關(guān)的隨機(jī)方向進(jìn)行布。
1. 建模任務(wù)
1.1堆棧結(jié)構(gòu)
2. 建模過程
以下是建模過程中部分重要步驟的說明
2.1在TechWiz Layout中創(chuàng)建結(jié)構(gòu)（生成項目和mesh文件）
結(jié)構(gòu)創(chuàng)建完成后在TechWiz LCD 3D中加載并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置
2.2在TechWiz LCD 3D軟件中設(shè)置微擾方式為用戶自定義，并設(shè)置微擾角度
2.3其它設(shè)置
此例僅對比使用微擾方式與否對結(jié)果的影響，因此可將像素電壓設(shè)置為DC6v，設(shè)置合適的電壓時間。
3. 結(jié)果查看
3.1 method設(shè)置為無微擾時5ms，15ms，30ms分別對應(yīng)透過率如下
3.2 method設(shè)置為用戶自定義時5ms，15ms，30ms分別對應(yīng)透過率如下
展開 基于水性油墨《Small》3D打印分層結(jié)構(gòu)的超分子聚合物液晶水凝膠
與隨機(jī)取向的滴鑄干凝膠相比，這種結(jié)構(gòu)各向異性導(dǎo)致干凝膠沿印刷方向的電導(dǎo)率提高（圖5j）。
最后，為了證明PA超分子凝膠的DIW可以擴(kuò)展以制造宏觀3D對象，作者通過氣溶膠噴霧在各層之間應(yīng)用了鹽交聯(lián)溶液（圖6a）。此步驟提供了額外的鹽，以使隨后的擠出層交聯(lián)，并使能夠構(gòu)建任意形狀的多層結(jié)構(gòu)，例如西北大學(xué)的徽標(biāo)和各種尺寸的管（圖6b，c）。
圖6液晶超分子聚合物油墨的3D打印多層水凝膠構(gòu)造。
參考文獻(xiàn)：doi.org/10.1002/smll.202005743
北京大學(xué)于海峰：液晶與高分子復(fù)合材料多層級微結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑和光調(diào)控研究取得進(jìn)展
液晶與高分子復(fù)合材料的多層級微相結(jié)構(gòu)在納米模板、納米印刷和信息防偽等領(lǐng)域有著潛在應(yīng)用前景，近年來受到研究者的廣泛關(guān)注。由于液晶基元具有“刺激響應(yīng)”特性，因此將液晶作為功能基團(tuán)引入到嵌段共聚物中，可以使大面積規(guī)整納米結(jié)構(gòu)的制備與調(diào)控成為可能。但是，目前液晶與高分子復(fù)合材料的多層級微納結(jié)構(gòu)的研究仍然面臨一些困難：一是隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米科學(xué)對結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜和精細(xì)的納米器件的需求也更加迫切，因此多層級的納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑也成為近來的高分子復(fù)合材料領(lǐng)域的研究難點(diǎn)和研究熱點(diǎn)；二是實(shí)現(xiàn)室溫下能迅速、可逆、精確地對上述復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控仍然面臨著挑戰(zhàn)。近日，北京大學(xué)工學(xué)院于海峰課題組對以上兩個問題提出相應(yīng)的解決思路。
在前人工作的基礎(chǔ)上，該組將脲鍵引入到一種含有偶氮苯液晶基元的液晶嵌段共聚物中。在微相分離的過程中，脲鍵與該液晶嵌段共聚物的分散相和連續(xù)相均能形成氫鍵作用。這種超分子鍵與嵌段共聚物中各嵌段的相互抑制的共同作用下，影響了退火過程中分散相的組分從各向同性溫度冷卻到室溫時的結(jié)晶過程，從而得到了一個非晶區(qū)和結(jié)晶區(qū)共存的相疇。研究組在未進(jìn)行任何摻雜的情況下，僅利用液晶與高分子本身的氫鍵作用，實(shí)現(xiàn)了尺寸在10 nm以下的層級納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑（圖1）。這部分工作發(fā)表在了Macromolecular Rapid Communications上。
圖1.氫鍵誘導(dǎo)的液晶與高分子復(fù)合材料中多層級納米結(jié)構(gòu)
另一方面，對于本身不能形成氫鍵的液晶與高分子復(fù)合物，摻雜是實(shí)現(xiàn)這種多層級納米結(jié)構(gòu)簡單而可靠的策略。摻雜劑作為氫鍵的給體，液晶聚合物分子作為氫鍵的受體。一方面選用的摻雜劑的對嵌段共聚物的兩個組分都存在一定的作用，另一方面摻雜劑的手性也會借助氫鍵的傳導(dǎo)作用對液晶與高分子的組裝產(chǎn)生影響。由于手性摻雜劑與共聚物的分散相具有較好的相容性，因此會優(yōu)先發(fā)生作用并誘導(dǎo)出螺旋的納米柱結(jié)構(gòu)。
展開 柔性再生碳纖維濕法取向仿真模擬及其復(fù)合材料性能研究
3.4 纖維取向排布
為了進(jìn)一步探究纖維取向度的變化，對纖維懸浮液從漸縮流場流出時纖維在濾網(wǎng)上的取向行為進(jìn)行仿真模擬。為了模擬實(shí)驗(yàn)中用來鋪層纖維懸浮液的濾網(wǎng)，在仿真模型中漸縮針筒的下方放置一塊沿直線運(yùn)動的平板，如圖 11 所示。平板的運(yùn)動速度為實(shí)驗(yàn)中三軸移動平臺中 x 軸的速度，漸縮針嘴距離平板的高度為實(shí)驗(yàn)中針嘴距離濾網(wǎng)的垂直距離。平板沿著 x 軸方向運(yùn)動時，纖維跟隨流體從針嘴落下，并鋪層在平板上。
從仿真結(jié)果可以看出，隨著平板的運(yùn)動，纖維從漸縮針嘴流出后沿著平板運(yùn)動的方向均勻排列在平板上，有良好的取向效果。模擬結(jié)果表明，柔性纖維在漸縮流場中運(yùn)動時，在剪切力作用下會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使得纖維在流場中沿著流體流動方向獲得定向排布。當(dāng)懸浮液流出流場時，纖維會沿著移動方向在平板上完成取向。
4 實(shí)驗(yàn)
4.1 纖維氈取向度的表征
為了驗(yàn)證仿真模型的合理性，制備了取向碳纖維，參照李森等人[18]關(guān)于纖維取向度的計算方法對纖維氈的取向度進(jìn)行表征。纖維氈中纖維的取向狀態(tài)通常使用概率分布函數(shù)的矩陣(方向張量)來描述[19]。該張量的分量可用來繪制纖維的取向橢圓，其中橢圓的長軸方向表示纖維整體取向，長軸大小表示纖維整體取向程度。橢圓越狹長表示纖維整體的取向程度越高 [20] ；纖維取向度 (Preferentialalignment degree, PAD)反應(yīng)了纖維取向的優(yōu)劣程度，PAD 越小，纖維取向程度越差；反之纖維取向程度越好[21]。
采用濕法取向技術(shù)制備短切碳纖維取向氈，并和未取向纖維氈進(jìn)行對比。其中，未取向纖維氈的制備方法如下：將制備完成的纖維懸浮液傾倒在濾網(wǎng)上，用薄板將纖維液涂抹均勻，抽濾掉其中的分散劑和水分后得到未取向纖維氈。分別剪取制備的未取向纖維氈和取向纖維氈試樣，觀察其取向效果。
展開 
晶體塑性有限元仿真入門(5)—?dú)W拉角與晶體取向
晶體塑性有限元仿真入門(5)—?dú)W拉角與晶體取向.pdf
晶體塑性有限元仿真入門(5)—?dú)W拉角與晶體取向
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晶體取向是材料學(xué)科中的重要分支，當(dāng)晶粒發(fā)生擇優(yōu)取向時，則導(dǎo)致材料性能（力學(xué)，物理和化學(xué)性能）的各向異性。各向異性會造成材料實(shí)際應(yīng)用中的各種問題，如鋁合金典型的制耳現(xiàn)象，再如取向硅鋼中存在Goss織構(gòu)時，有利于其磁學(xué)性能。在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，織構(gòu)的形成與演變是基本的科學(xué)問題。在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，通過織構(gòu)的設(shè)計和控制可以提高材料的性能。隨著近年來EBSD和XRD等表征技術(shù)的發(fā)展，各種SCI期刊的發(fā)文都已離不開對材料晶體學(xué)取向的分析。這篇文章介紹晶體塑性有限元仿真過程中的歐拉角與晶體取向。
圖1 塑性變形過程導(dǎo)致的材料各向異性
全文包括以下幾個部分：
1) 材料晶體結(jié)構(gòu)
2) EBSD工作原理
3) 晶體取向分析
4) 晶體塑性材料模型
5) 織構(gòu)演變結(jié)果
6) 參考資料
7) 附錄
材料晶體結(jié)構(gòu)
在晶體學(xué)中，晶體結(jié)構(gòu)是對晶體材料中原子、離子或分子有序排列的描述。有序結(jié)構(gòu)由組成粒子的內(nèi)在性質(zhì)產(chǎn)生，形成沿物質(zhì)三維空間的主要方向重復(fù)的對稱模式，如圖2所示。
圖2 高分辨率透射電子顯微鏡圖片的鐵晶體，完美單晶的二維示意圖
構(gòu)成這種重復(fù)圖案的材料中最小的一組粒子是結(jié)構(gòu)的晶胞。晶胞完全反映了整個晶體的對稱性和結(jié)構(gòu)，這是通過晶胞沿其主軸重復(fù)平移而建立的。平移向量定義布拉維點(diǎn)陣的節(jié)點(diǎn)，不同的晶體內(nèi)部原子排列稱為具有不同的晶格結(jié)構(gòu)。各種晶格結(jié)構(gòu)可以歸納為七大晶系，各種晶系分別與十四種空間格（稱為Bravais晶格）相對應(yīng)，如圖3所示。
展開 晚19:00｜第七期“仿真大講堂”——高分子材料智能制造數(shù)字仿真技術(shù)
仿真技術(shù)作為數(shù)字化革命的核心，是引領(lǐng)新一輪科技革命至關(guān)重要的生產(chǎn)力要素。為了切實(shí)發(fā)揮協(xié)會（學(xué)會）工作職能，助推實(shí)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，賦能“數(shù)字中國”建設(shè)，中國工業(yè)合作協(xié)會仿真技術(shù)產(chǎn)業(yè)分會、中國仿真學(xué)會制造系統(tǒng)仿真專業(yè)委員會邀請國內(nèi)外知名專家，推出“仿真大講堂”系列公益公開課。
“高分子材料數(shù)字仿真技術(shù)大講堂”作為“仿真大講堂”系列活動的第7期，邀請到“長江學(xué)者”特聘教授、北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院院長楊衛(wèi)民作報告分享。
楊衛(wèi)民院長的報告題目為《高分子材料智能制造數(shù)字仿真技術(shù)》。在國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等項目支持下，為發(fā)展高分子材料先進(jìn)制造技術(shù)，北京化工大學(xué)交叉學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊“英藍(lán)實(shí)驗(yàn)室”圍繞高端塑料制品精密模塑成型和高性能輪胎直壓硫化定型等領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)持續(xù)攻關(guān)，針對強(qiáng)非線性流變體多場耦合復(fù)雜工藝過程的數(shù)字仿真，創(chuàng)建了高分子材料加工成型創(chuàng)新研究平臺，開展了從1D到3D的系列創(chuàng)新研究，結(jié)合數(shù)字仿真和人工智能技術(shù)，提出了高分子材料3D復(fù)印智能模塑成型技術(shù)。
楊衛(wèi)民院長將以將以深厚的專業(yè)造詣、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對高分子材料智能制造數(shù)字仿真技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用展開深度分析。歡迎協(xié)會（學(xué)會）會員、仿真界同仁積極報名參加。
專家簡介
楊衛(wèi)民，“長江學(xué)者”特聘教授，北京化工大學(xué)教授、博導(dǎo)，機(jī)電工程學(xué)院院長，兼任中國塑料加工協(xié)會專家委員會主任、中國塑料機(jī)械工業(yè)協(xié)會專家委員會副主任和世界塑料工程師學(xué)會注塑專委會主席等，帶領(lǐng)團(tuán)隊承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等多項科研任務(wù)。在“高分子材料加工成型與先進(jìn)制造技術(shù)”領(lǐng)域面向國家重大需求，開展了精密注塑成型裝備、直壓全電磁感應(yīng)加熱精密定型硫化技術(shù)、聚合物熔體微分靜電紡絲納米纖維綠色制造技術(shù)、聚合物熔體微積分層疊復(fù)合成型、3D打印與3D復(fù)印技術(shù)等研究，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
展開 分子動力學(xué)仿真模擬
圖1：利用分子動力學(xué)計算的材料（此材料為Cr2O3固體）各種機(jī)械性質(zhì)。
2. 熱力學(xué)性能：聲子態(tài)密度，比熱容（等容或等壓），熔點(diǎn)，熱膨脹系數(shù)（1D-3D），等溫壓縮系數(shù)，熱導(dǎo)率（僅限非金屬材料，例如石墨烯等），等等。
圖2：利用分子動力學(xué)計算的材料（此材料為銅-銀納米顆粒）熱力學(xué)各性質(zhì)。
· 各尺度材料的動力學(xué)過程模擬與研究：
1. 材料的融化過程：例如金屬納米顆粒，高熵合金，等等。
圖3：利用分子動力學(xué)模擬的銅銀納米顆粒以及鋁-銅-鐵-鉻-鎳高熵合金納米顆粒的融化過程。
2. 顆粒在不同條件下的燒結(jié)過程：例如不同溫度，壓力 ，顆粒的大小，等等。
圖4：利用分子動力學(xué)模擬的銅銀納米顆粒及納米線在不同溫度下的燒結(jié)過程
3. 焊接過程：例如, 鎳、鋁納米顆粒與Inconel 718合金的浸潤或者焊接過程
圖5：利用分子動力學(xué)模擬的鎳納米顆粒在鎳基板上的浸潤過程以及焊接Inconel 718合金的過程
4. 固相或液相擴(kuò)散過程：例如θ’-Al2Cu沉積相在鋁合金中的擴(kuò)散及生長，可計算擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散激活能等。
圖6：利用分子動力學(xué)模擬的θ′-Al2Cu在鋁合金中的擴(kuò)散過程。
來源：海納有限元服務(wù)號
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