MAPS材料及化工过程设计平台，是一款多尺度、多范式、可扩展的平台，方便工程师和科研工作者实现：所有类型材料的真实模型的建模、使用世界领先的模拟工具模拟各种性质和化工过程、分析关键性质进而预测和筛选在不同条件下材料的行为。

本专题以MAPS多尺度材料设计平台对LAMMPS计算引擎的支持为专题，向您介绍MAPS 软件的强大功能和友好高效的操作环境。

一、建模：

MAPS平台的建模工具提供了建立任何类型材料模型的图形界面，包括催化剂、（纳米）复合材料、高分子系统、交联体系、胶束、药物、合金、半导体、界面、双层结构；微孔结构、晶体结构、无定形材料和其它原子和介观模型。

二、计算设置：

1. 支持丰富的模型文件格式（cif、msd、hin、car、mml、mol、sdf、pdb、xyz）。

2.自动识别原子类型，方便赋予分子力场。

3. 图形界面下生成输入文件data和in文件。

4. 控制作业到远程服务器或本机

三、分析：

1. 动画演示动力学变化过程，并输出为可用于 ppt 的演示的 swf、mpg、mp4 和 wmv格式的文件。

2. 跟踪原子运动轨迹及各种物理参量，包括运动轨迹、动能、势能、库伦能、范德华能、键角、键长、任意两个原子之间距离、密度、体积、温度、压强、二面角，并且在任何动力学计算时间段内得到平均统计。

3. 根据动力学轨迹分析多种动力学过程描述性质，偶极矩分析、相关函数分析、均方根计算、扩散系数分析、径向分布函数分析、键长等性质分布分析、回转半径分析和自由体积预 测等。径向分布函数包括分子间分子内（原子间）径向分布函数。

4. 粘度计算：通过计算应力自相关函数预测材料的粘度。

5. 密度梯度分析

6. 预测玻璃化转变温度（Tg）

7. 结构对比功能

8. 根据计算不同压力下NPT 系综计算结果，给出材料的弹性模量和泊松比

9. ReaxFF分析

四、应用实例

1. ReaxFF方法研究燃料电池中氧的扩散

使用模块：Platform、LAMMPS、ReaxFF、Amorphous Builder

固体氧化物燃料电池(SOFC)是以固体氧化物为电解质的燃料电池。它的应用领域非常广泛，适用于多种燃料，如氢气、天然气和汽油等。它具有长时间稳定和高效率特性，并且生产成本低和低环境影响。但是，由于它的工作温度很高（800~1000°C)，会导致一些不利的后果，存在力学和化学不匹配性，或硫中毒等漏洞。

在保证正负电极稳定的前提下，提高电解质的离子导电率是关键。因此，微观了解离子在电解质中的扩散机理很重要。本案例基于MAPS的ReaxFF力场，准确描述了氧原子在YSZ(Yttria stabilized Zirconia)中的扩散行为。

2.燃料电池-高性能高分子电解质膜研究

使用模块：Platform、Amorphous Builder、LAMMPS

高分子电解质膜拥有很好的离子交换能力，但是其分子链中亲水官能团摄取了过量水分子后电解质膜的离子交换能力急剧下降。

磺化聚（芳醚醚腈）（m-SPAEEN）共聚物相比于其他油膜具有更好的减少水的摄取功能，如比具有相同离子交换能力的聚砜和聚酮。造成上述区别主要是腈基团的影响。Takahiro等通过一系列分子动力学计算，研究了腈基团对聚合物电解质膜在燃料电池应用中的影响。并比较了m-SPAEEN和磺化聚（芳醚砜）（BPSH）的分子动力学计算结果。结果表明水分子的水合作用不仅发生在m-SPAEEN分子的磺酸基团，而且还会发生在共聚物的其他亲水基团上。水合发生在m-SPAEEN分子的腈基团和BPSH分子的磺酸基团是不同的：前者会比后者摄取更少的水分子。因此m-SPAEEN的水摄取能力比较低。

3.塑料-交联结构对材料的影响

使用模块：Platform、Amorphous Builder、Cross-Link Builder、LAMMPS、Elasic Properties

高分子材料广泛应用于日常生活中，特别是环氧树脂材料。如何提高材料的机械性质、抗腐蚀性能和抗氧化性能是目前大家非常关注的问题。其中起关键作用的是固化剂的选择，直接影响高分子材料的耐化学品性质、粘合性质、机械性质和电子性质。

传统的理论模拟方法尝试了描述高分子材料，但是到目前为止还没有一种方法和工具准确的描述高分子材料的结构和性质。关键就是没有考虑高分子材料中普遍存在的交联现象。Scienomics公司的专家们根据多年的经验与长时间努力，基于MAPS平台实现了研究高分子材料时准确描述交联现象的功能。

4.建筑材料-水泥的力学性质研究

使用模块：Platform、LAMMPS

水泥浆的抗张强度是影响水泥材料干缩裂解的重要参数。水泥浆的抗张强度小，水泥材料容易干缩裂解并降低材料的耐久性。水泥浆的抗张强度和内聚能与钙-硅-水合（C-S-H）结构的形成有关。因此了解C-S-H凝胶结构和性质对改进混凝土材料的改性非常重要。

C-S-H链的长度和Ca/Si比例影响C-S-H链和Ca的层间距，进而影响吸附在层间的水分子数量。层间的水分子的得失导致混凝土材料的干缩裂解。C-S-H模型进行MD计算，研究不同Ca/Si比例时C-S-H的结构变化。并以此为基础研究不同压力、温度条件下C-S-H结构的力学性质。

5.高合金腐蚀MD研究

使用模块： Platform、LAMMPS

Zr合金是目前核反应堆中主要燃料包覆材料。其中水侧腐蚀是合金分解过程中的主要腐蚀过程。本工作采用温度加速动力学和MD方法研究了Zr缺陷在ZrO2四面体间隙位置中的迁移行为。结果表明间隙Zr在ZrO2四面体间隙位置具有各向异性扩散性，并适合[001]或C方向迁移。压应力显著提高了间隙Zr原子的迁移能垒。间隙Zr原子在晶界中的迁移速度明显低于其在块体氧化物中的迁移速度。

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