单烷烃分子的应力-应变响应与杨氏模量：基于修正嵌入原子法的分子力学研究

在本工作中，采用修正嵌入原子法（MEAM）势进行了分子力学模拟，以生成一系列正烷烃分子（从乙烷(C$_2$H$_6$)到十一烷(n-C$_{11}$H$_{24}$)）在拉伸变形直至键断裂过程中的应力-应变响应。结果进一步推广到单条聚乙烯（PE）链。计算了所有分子的力、真柯西应力、真维里应力和杨氏模量作为真应变的函数。在计算单分子应力时，基于三种不同的度量方法（本工作中指定为M1、M2和M3）来量化变形过程中的瞬时分子横截面积和体积。将这些方法的预测与理论、第一性原理和实验数据进行了比较。M1给出的真柯西应力和真维里应力结果基本等价，表明它是计算烷烃分子乃至PE单链中应力的更好方法。使用M1、M2和M3的MEAM对单条PE链平均弹性模量的预测分别为401 GPa、172 GPa和147 GPa。尽管这些结果差异很大，但M1给出的模量值与在0 K下对PE的-CH$_2$CH$_2$-重复单元进行第一性原理计算得到的405 GPa极为接近。为了进一步测试MEAM势，计算了正交晶系PE晶胞的杨氏模量（C$_{33}$弹性常数），但其值（184 GPa）比DFT计算值316 GPa低42%。