イソアルカンの粘度、粘度指数、および分子構造の間の固有の関係

コンテキスト：粘度と粘度指数は、潤滑剤ベースストックの重要な特性です。分子動力学シミュレーションと量子計算を使用して、C26H54の5つの異性体をシミュレートして、粘度、粘度指数、およびイソアルカンの分子構造の間の固有の関係を研究しました。結果は、分子間相互作用エネルギーと剛体様グループの体積が粘度に影響を与え、粘度を定量的に記述できる固有の要因であることを示しました。分子の立体構造は、イソアルカン分子の二面角の回転エネルギー障壁を計算することにより研究され、分子動力学と組み合わせて、313 Kおよび373 Kでの分子立体構造に対する温度の効果をさらに調査しました。イソアルカン分子の三次炭素に隣接するα、β、およびγ炭素原子は、立体障害のために回転するのが困難であり、313 Kで剛性様グループと見なすことができました。373 Kの通常の四面体硬質様グループ。分子間相互作用エネルギーの変化と温度のある剛性様グループの体積は、粘度指数をよりよく説明し、粘度と粘度指数に影響する基本的な理由を明らかにすることができます。分子構造とイソアルカンの特性との関係の分子レベルの理解は、特定の特性を持つイソアルカン分子を設計するための理論的サポートと科学的ガイダンスを提供しました。 方法：マテリアルスタジオ8.0ソフトウェアを使用して、分子動力学シミュレーションと量子計算を実行しました。アモルファス細胞モジュールを使用して、アモルファス細胞を作成しました。フォリシテモジュールは、分子動力学シミュレーションに使用されました。フォースフィールドはコンパスIIとして割り当てられました。ノーズホーバーサーモスタットとBerendsen Barostatは、それぞれ温度と圧力を維持するために適用されました。非結合相互作用を説明するために、Ewald法を適用して、ファンデルワールと静電相互作用を計算しました。配座異性体モジュールを使用して立体構造を研究し、DMOL3モジュールを使用して、立体構造エネルギーを細かい品質で計算しました。GGA-PW91の機能とDNPの基底セットを使用して、エネルギーを計算しました。

CONTEXT: Viscosity and viscosity index are the crucial properties of lubricant base stocks. Molecular dynamics simulation and quantum calculation were used to simulate the five isomers of C26H54 to study the intrinsic relationship between viscosity, viscosity index, and the molecular structure of isoalkanes. The results showed that the intermolecular interaction energy and the volume of rigid-like groups were the intrinsic factors that affected the viscosity and which could describe the viscosity quantitatively. The molecule conformation was studied by calculating the rotational energy barrier of the dihedral angle in the isoalkane molecule, and combined with molecular dynamics, the effect of temperature on the molecular conformation at 313 K and 373 K was further investigated. The α, β, and γ carbon atoms adjacent to the tertiary carbon in the isoalkane molecule were difficult to rotate due to steric hindrance and could be regarded as rigid-like groups at 313 K. The tertiary carbon and the three adjacent carbon atoms formed a regular tetrahedral rigid-like group at 373 K. The changes in the intermolecular interaction energy and the volume of the rigid-like group with temperatures could better describe the viscosity index and reveal the fundamental reasons that affect the viscosity and the viscosity index. The molecular-level understanding of the relationship between the molecular structure and properties of isoalkanes provided theoretical support and scientific guidance for designing isoalkane molecules with specific properties. METHODS: Molecular dynamics simulation and quantum calculation were performed using Material Studio 8.0 software. The Amorphous Cell module was used to create an amorphous cell. The Foricite module was used for molecular dynamics simulation; the forcefield was assigned as COMPASS II. Nose-Hoover thermostat and Berendsen barostat were applied to maintain the temperature and pressure, respectively. To describe the non-bond interactions, the Ewald method was applied to calculate the van der Waals and electrostatic interactions. The Conformers module was used to study the conformation and the Dmol3 module was used to calculate the conformational energy with fine quality; the functional of GGA-PW91 and the basis set of DNP were used to calculate the energy.