本发明属于计算材料科学与摩擦学，具体涉及一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法。
背景技术：
1、据统计全球每年因摩擦磨损造成的一次能源损耗约占1/3，有效降低机械设备的接触、摩擦耗散、材料磨损，乃至实现近零摩擦或无摩擦，是努力的目标，其中润滑是有效降低摩擦磨损的重要手段，常用的润滑方式包括液体润滑、固体润滑、固液复合润滑，相对应的润滑介质有液体润滑剂（如润滑油、水基润滑剂等）、固体润滑材料（如二硫化钼、石墨等）以及固液复合润滑剂（如液体润滑剂与固体润滑添加剂的复合物、固体表面涂层与液体润滑剂的复合体系）。其中，固液复合润滑因其良好的润滑效果、广泛的适用环境、低廉的成本等诸多优点，正在成为关键的润滑方式。然而随着各类机械设备的性能需求越来越高、服役环境越来越苛刻，其对固液复合润滑系统的要求也不断提升，因此新型高性能固液复合润滑系统已经成为研究热点和大量高端装备润滑的首选方式。
2、近年来，超润滑材料与技术取得了飞速发展。一方面，二维材料的结构超滑性能及弱范德华作用主导的材料层间滑移超润滑机理为实现液体超润滑和固液复合超润滑提供了新的思路；
3、另一方面，超疏水材料与表界面技术的发展表面固液界面的高界面能能够促进液体在固体表面的轻松滑动。
4、综合上述两点，将液体润滑剂与具有不同化学极性或亲属水性的摩擦副材料进行耦合，进而构建异质界面滑移体系，实现基于界面滑移机制的超润滑体系构筑。
5、然而目前相关研究非常有限，界面滑移体系的发展依旧受限于理论不完善、摩擦副材料筛选具有随意性、摩擦副与润滑剂的耦合性能差等诸多因素，其开发难度较大。
6、基于此，提出了一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法，包括以下步骤：
3、s1、构建醇基润滑剂分子、表面疏水性修饰分子以及固体摩擦副模型，基于全原子力场生成模型拓扑文件与原子信息；
4、s2、借助建模软件分别构建包含和不含表面修饰的固体/润滑剂/固体三明治润滑模型，并进行能量和几何优化；
5、s3、对优化后的模型依次进行恒温模拟、对上摩擦副施加恒定载荷下的加载过程模拟、对上下摩擦副施加水平速度下的剪切过程模拟；
6、s4、获得所述模型的运动轨迹、作用力、热力学性能的数据信息，完成界面滑移行为与超润滑性能的评价。
7、作为本发明的进一步说明，所述醇基润滑剂分子为含有羟基、羧基或羰基的常温常压下为液体的醇类分子，且所述醇基润滑剂分子为单一相、或两种及以上的混合相或水溶液。
8、作为本发明的进一步说明，所述表面疏水性修饰分子为具有非极性尾联或官能团的疏水性分子或链段。
9、作为本发明的进一步说明，所述固体摩擦副模型由上摩擦副材料和下摩擦副材料组成，当上摩擦副材料和下摩擦副材料为同种材料时，需对其中任一个的内表面进行疏水性修饰；
10、当上摩擦副材料和下摩擦副材料为不同种材料但具有相同极性时，需对其中任一个的内表面进行疏水性修饰。
11、作为本发明的进一步说明，含有疏水性修饰层的固体摩擦副模型的构建，利用第三方建模软件将修饰分子通过化学键嫁接与摩擦副内表面悬挂键，或在模拟过程中将修饰分子头基原子与摩擦副表面设置为整体。
12、作为本发明的进一步说明，s2中固体/润滑剂/固体三明治润滑模型的构建具体步骤为：
13、s201、采用materials’ studio软件建模模块、lammps建模命令或开源数据库构建或提取固体摩擦副平板模型；
14、s202、采用materials’ studio或vmd软件构建润滑剂分子单体，基于opls或cvff力场设置分子力场及结构参数，利用packmol脚本构建液体体相模型；
15、s203、对于润滑系统的固体/润滑剂/固体三明治润滑模型，采用packmol脚本或lammps中read_data命令及其他辅助命令构建。
16、作为本发明的进一步说明，s3中的具体步骤为：
17、s301、对优化后的模型在恒温条件下进行弛豫模拟；
18、s302、固定摩擦副下板，对摩擦副上板施加恒定载荷，模拟加载过程；
19、s303、对摩擦副上板在水平方向施加恒定的速度，模拟恒定载荷和剪切速度下的摩擦过程。
20、作为本发明的进一步说明，弛豫、加载或剪切过程模拟中，金属选用eam或meam函数，陶瓷选用tersoff势函数，液体润滑剂选用opls-aa势函数，不同组分之间的相互作用采用leonard-jones和库伦势描述。
21、作为本发明的进一步说明，s3中的加载和摩擦过程采用正则系综，温度由nosé-hoover恒温器控制；牛顿运动方程求解采用velocity verlet算法。
22、作为本发明的进一步说明，基于模拟过程输出原子/分子的运动轨迹、组分间作用力、热力学性能数据信息；摩擦系数由侧向摩擦力与正向载荷的比值确定，基于液体润滑相的速度分布曲线获得界面滑移长度，定义摩擦系数小于0.01的体系为超润滑状态。
23、本发明与现有技术相比具有以下优点：
24、本发明通过将醇基或极性液体润滑剂与不同表面极性的摩擦副进行复配构建了固液界面滑移体系，利用分子动力学模拟固体/液体/固体三明治模型的弛豫、加载、剪切过程，从纳米乃至原子/分子尺度揭示液固间作用形式和滑移行为，分析原子/分子的运动轨迹、组分间作用力、滑移行为、热力学性能等，建立滑移长度与超润滑状态或性能的内在关系，为固液复合超润滑体系构筑提供了理论方法，为苛刻环境下超润滑体系的筛选与设计奠定了基础，节省了宏观固液复合超润滑体系探索和研发的人力、设备、经济成本。
1.一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法，其特征在于，所述醇基润滑剂分子为含有羟基、羧基或羰基的常温常压下为液体的醇类分子，且所述醇基润滑剂分子为单一相、或两种及以上的混合相或水溶液。
3.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法，其特征在于，所述表面疏水性修饰分子为具有非极性尾联或官能团的疏水性分子或链段。
4.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法，其特征在于，所述固体摩擦副模型由上摩擦副材料和下摩擦副材料组成，当上摩擦副材料和下摩擦副材料为同种材料时，需对其中任一个的内表面进行疏水性修饰；
5.根据权利要求4所述的一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法，其特征在于，含有疏水性修饰层的固体摩擦副模型的构建，利用第三方建模软件将修饰分子通过化学键嫁接与摩擦副内表面悬挂键，或在模拟过程中将修饰分子头基原子与摩擦副表面设置为整体。
6.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法，其特征在于，s2中固体/润滑剂/固体三明治润滑模型的构建具体步骤为：
7.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法，其特征在于，s3中的具体步骤为：
8.根据权利要求7所述的一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法，其特征在于，弛豫、加载或剪切过程模拟中，金属选用eam或meam函数，陶瓷选用tersoff势函数，液体润滑剂选用opls-aa势函数，不同组分之间的相互作用采用leonard-jones和库伦势描述。
9.根据权利要求7所述的一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法，其特征在于，s3中的加载和摩擦过程采用正则系综，温度由nosé-hoover恒温器控制；牛顿运动方程求解采用velocity verlet算法。
10.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的界面滑移超润滑体系建模与模拟方法，其特征在于，基于模拟过程输出原子/分子的运动轨迹、组分间作用力、热力学性能数据信息；摩擦系数由侧向摩擦力与正向载荷的比值确定，基于液体润滑相的速度分布曲线获得界面滑移长度，定义摩擦系数小于0.01的体系为超润滑状态。
