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2021年07月23日，客服中心反饋安徽某大學的模擬需求，接到反饋后，材料檢測實驗室工程師第一時間與客戶進行詳細溝通，情況如下：

客戶背景

客戶實驗結果是煤焦瀝青摻雜一定量的石墨烯（0.1%~10%）經過高溫碳化后得到的材料，經過一系列的處理后做成的電熱涂料，對比單純的瀝青高溫碳化后的樣品和摻雜了石墨烯后高溫碳化的瀝青發現，加入石墨烯的樣品電熱性能明顯提高。

樣品名稱

煤焦瀝青

客戶需求

預期的模擬計算結果：

1.瀝青摻入了1%G石墨烯制備出來的樣品導電性能最好，碳材料形貌重排，缺陷減少，碳層排列更規則。

2.瀝青摻入了1%G石墨烯制備出來的樣品載流子濃度高，載流子遷移率高，體積電阻率小。

解決方案

具體模擬過程細化為如下環節：

1.通過分子動力學(MD)研究瀝青結構構型變化，并建立評價指標，用以定量描述規整程度。

首先建立初始模型，在盒子中心放置x、y維度具有周期性邊界的石墨烯，剩余空間以瀝青結構進行填充，至目標密度0.76g/cm3，作為初始構型1。初始構型2在構型1的基礎上移除石墨烯。此建模方式參照提供的文獻，并進行了調整以適配該模擬體系。每種初始構構象選取10種，選取能量最低的模型做為初始構象。對初始構型進行退火循環充分豫馳，而后進行平衡的MD計算。最后由自己編寫的perl腳本實現苯環方向的收集，并依據文獻計算其取向函數(HOF)，評價其排列的規整程度。

2.密度泛函計算(DFT)分析態密度與能帶結構及帶隙

一般來說，材料導電特性通常計算其態密度與能帶能隙來確定。載流子質量、濃度、遷移率將由上述參數計算。該過程需要客戶另外提供文獻中應用MS對其計算的相關文獻。我方以實現其模擬過程的復現。目前客戶并未提供相關材料，暫且只對該部分完成其態密度與能帶結構及帶隙的計算。最終結果反饋為態密度圖、DOS/LDOS圖、能帶結構與帶隙圖。

如需進一步計算載流子遷移率及電導率，請提供相關文獻及必要參數，否則計算精度難以保證。

詳細計算方案入下：

首先，采用碳化后的兩個煤焦瀝青分子中間摻入一個小片石墨烯作為初始模型1，同樣，初始模型2去除石墨烯。對分子幾何優化后，進行能量的計算，并對所得能量進行分析計算后所得數據在origin里進行繪制得到其態密度與帶隙。

客戶反饋

客戶對結果非常滿意，模擬結果與客戶預期相吻合。Material Studio 軟件Forcite模塊 進行步長0.9fs總時長1000ps的分子動力學模擬，結果表明取向因子由0.153變為0.848，由無明顯取向變為平行于石墨烯，這表明了碳材料形貌重排，缺陷減少，碳層排列更規則。三條線為s軌道，p軌道，與總的態密度(DOS)，就結果來說能隙從0.152到0.054eV導電性能變好了。